Download - komputasi senyawa kattiofen

Studi Komputasi Senyawa Kattiofen dan Kattiofen-Ti(OH)2 untuk Aplikasi Sel Surya Tersensitasi Zat WarnaM. Faizal Ramadhani, Rizki Putranto, Santy Athifah Zakiyah, Shafira Nurhasanah, Desy Nurrohmah, Ellsha SeptyawantiJurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Gunung Djati

AbstrakPenelitian ini memprediksi sifat elektronik diagram energi HOMO/LUMO, spektrum UV-Vis, dan rapatan orbital HOMO/LUMO, spektrum NMR, tabel distribusi HOMO atau LUMO, panjang ikatan rata-rata, geometri molekul, muatan formal, rapatan orbital HOMO atau LUMO dari senyawa zat warna organik kattiofen dan sistem kattiofen-Ti(OH)2 yang memodelkan interaksi senyawa zat warna dengan unit Ti(OH)2 paling sederhana dilakukan untuk memprediksi pengaruh zat warna tersebut supaya dapat diaplikasikan dalam sel surya tersensitasi zat warna. Sel surya tersensitasi zat warna merupakan salah satu generasi sel surya yang banyak diteliti sampai saat ini. Sel surya ini menggunakan zat warna sebagai sensitizer dan menjadi sangat menarik untuk dikembangkan karena membutuhkan biaya produksi yang murah namum mampu menghasilkan kinerja yang cukup baik. Dalam penelitian ini perhitungan komputasi dilakukan menggunakan perangkat lunak Firefly dengan metoda DFT (teori fungsi rapatan) dan TDDFT (teori fungsi rapatan fungsi waktu), B3LYP/6-31G(d,p) dan perangkat lunak lain adalah GaussSum, Gabedit, dan Chemcraft untuk semua atom. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 362.133032641 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.6097626 (firefly). Sedangkan interaksi kattiofen-Ti(OH)2 memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang yang sedikit lebih besar hingga 365.476479375 nm dengan kekuatan osilator hampir tetap yaitu 0.7204663 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen dan kattiofen-Ti(OH)2 memberikan band gap masing-masing sebesar 3.62458512 eV dan 2.89259308 eV.Kata kunci : kattiofen, band gap, Ti(OH)2.

I. II. PENDAHULUANKimia sejak dahulu sudah terkenal sebagai ilmu yang berlandaskan pada percobaan (eksperimen) . karena memang setiap pemaparannya dilandaskan atas hasil penelitian dan percobaan yang berarti pemahaman mengenai kimia akan didapat setelah dilakukannya pengamatan atas hasil-hasil percobaan. Dengan perkembangan zaman yang semakin maju yang diiringi perkembangan ilmu pengetahuan, ilmu kimia mengalami perkembangan yang pesat. Teori-teori baru mulai bermunculan, seperti penemuan mengenai partikel yang bersifat seperti gelombang atau gelombang yang bersifat seperti partikel, hingga pada penemuan mekanika kuantum dengan persamaan schrodingernya.Sejak saat itu, pemahaman-pemahaman mengenai kimia tidak hanya terbatas karena hasil percobaan tetapi atas pengembangan teori teori juga, seperti teori mekanika kuantum yang dappat meramalkan sifat-sifat dari suatu atom ataupun olekul. Seperti yang diketahui perhitungan dengan penyelesaian yang begitu rumit, persamaan mekanika kuantum tidaklah mudah apabila dikerjakan dengan metode kalkulasi manual dengan kalkulator tangan. Maka digunakanlah metode komputerisasi untuk mengkalkulasi penyelesaian persamaan mekanika kuantum. Dengan metode komputerisasi maka lahirlah kimia komputasi sebagai bagian dari ilmu kimia.Kimia komputasi adalah salah satu cabang kimia yang dapat menerjemahkan kimia teori dengan program komputer menjadi sifat-sifat dari molekul, perhitungannya, juga perubahannya. Kimia komputasi juga dapat memproses sistem-sistem besar dan menerapkan program tersebut pada ilmu kimia nyata. Contohnya sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur atos, energi dan selisih energi, muatan, momen dipol, kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya. Metode komputasi molekul tidak selalu menggunakan teori ikatan kimia modern dan mekanika kuantum. Komputasi molekul dapat dipakai untuk penanganan molekul yang kompleks. Selain metode ini dikembangkan metode lain yang tidak dilandasi oleh ikatan kimia modern dan mekanika kuantum. Ikatan kimia tidak lagi diperhitungkan sebagai akibat interaksi elektron-elektron, melainkan disederhanakan dengan menggunakan prinsip mekanika klasik. Molekul dianggap tersusun atas atom-atom yang berinteraksi satu sama lain melalui model interaksi yang sesuai dengan hukum-hukum mekanika klasik.Metode komputasi molekul secara sistematis dapat digolongkan dalam berbagai pendekatan berikut: Metode mekanika molekul, metode ini menggunakan dasar hukum-hukum fisika klasik sebagai perhitugannya Metode mekanika kuantum, metode ini menggunakan dasar hukum-hukum fisika kuantum sebagai perhitungannya. Pendekatan teori struktur elektron Metode semi empiris Metode ab initio Pendekatan teori fungsional kerapatan (DFT=Density Funcional theory)Untuk mendapatkan hasil perhitungan komputasi dengan akurasi tinggi maka pada umumnya pendekatan yang digunakan (metode ab initio) adalah teori struktur elektron, tetapi pendekatan ini memiliki kekurangan yaitu memerlukan waktu perhitungan komputasi yang lama dibandingkan dengan perhitungan yang menggunakan pendekatan mekanika molekul. Kelebihannya adalah pada umumnya menghasilkan perhitungan yang mendekati penyelesaian sebenarnya karena semua pendekatan yang telah dibuat dapat dianggap cukup kecil secara numerik relatif terhadap penyelesaian sebenarnya. Secara elektron (ab initio) memberikan hasil kualitatif yang sangat baik dan dapat memberikan kenaikan keakuratan jika molekul yang diuji semakin kecil.III. EKSPERIMENStruktur senyawa hipotesis yang dihitung diberikan pada Gambar 1. Dalam penelitian ini perhitungan dilakukan dalam beberapa tahap dengan menggunakan metoda B3LYP dan basis set 6-31G (d,p). Koordinat senyawa yang akan dihitung dioptimasi menggunakan perangkat lunak Firefly dan Gaussian 03W.Perhitungan pertama merupakan perhitungan dengan menggunakan metode DFT, dan output yang dihasilkan akan diolah lebih lanjut dengan perangkat lunak yang sama dengan menggunakan metode TDDFT. Untuk perhitungan DFT, dilakukan optimasi geometri, sedangkan untuk perhitungan TDDFT hanya menggunakan perhitungan satu titik. Dari hasil perhitungan TDDFT tersebut dapat diketahui spektrum UV-Vis dan perbedaan pita energi HOMO LUMO dari masing-masing senyawa.

Gambar 1.Struktur (a) senyawa kattiofen dan (b) senyawa kattiofen-Ti(OH)2

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Kattiofen Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi gaussSum diperoleh grafik data UV-Vis untuk senyawa kattiofen adalah sebagai berikut,

Gambar 2.Spektrum UV-Vis kattiofen hasil perhitungan komputasiDari hasil data perhitungan diperoleh data UV-Vis untuk senyawa kattiofen untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 1.Data panjang gelombang senyawa kattiofen hasil perhitungan komputasiPanjang gelombang (nm)Kekuatan Osilator

362.1330326410.6097626

316.0965165760.1412969

285.2755817830.0411999

277.4213293280.0049834

261.5782638324.63e-05

250.0167910180.1211676

239.0979188260.0403211

Berdasarkan data yang diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa kattiofen berada pada sekitar 362.133032641 nm sesuai dengan grafik yang diperoleh. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 316.096516576 nm. Puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 250.016791018 nm dan puncak keempat memiliki panjang gelombang sebesar 285.275581783 nm. Selain itu diperoleh juga data UV-Vis lainnya.Tabel 2 memperlihatkan probabilitas eksitasi elektron secara lengkap pada molekul zat warna kattiofen hasil perhitungan TDDFT menggunakan perangkat lunak Firefly.Tabel 2.Probabilitas eksitasi elektron senyawa kattiofen hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)Kekuatan OsilatorEnergi (eV)Kontribusi Utama

0.60976263.4237HOMOLUMO (96%)

0.14129693.9223H-1LUMO (88%)

0.04119994.3461H-2LUMO (94%)

0.00498344.4692H-3LUMO (80%)

4.63e-054.7399HOMOL+2 (84%)

0.12116764.9590HOMOL+1 (72%), HOMOL+3 (10%)

0.04032115.1855HOMOL+3 (66%)

Kekuatan OsilatorEnergi (eV)Kontribusi Minor

0.60976263.4237H-1LUMO (3%)

0.14129693.9223H-3LUMO (3%), HOMOLUMO (4%), HOMOL+1 (4%)

0.04119994.3461HOMOL+1 (2%)

0.00498344.4692H-1LUMO (4%), HOMOL+1 (7%), HOMOL+3 (6%)

4.63x10-54.7399H-1L+2 (9%), HOMOL+3 (5%)

0.12116764.9590H-4LUMO (2%), H-3LUMO (3%), H-1LUMO (2%), H-1L+3 (2%), H-1L+5 (2%), HOMOL+2 (2%)

0.04032115.1855H-4LUMO (3%), H-3LUMO (9%),H-2LUMO (2%), H-1L+1 (2%), HOMOL+1 (6%), HOMOL+2 (3%), HOMOL+4 (4%), HOMOL+5 (2%)

Dalam senyawa kattiofen, terdapat beberapa puncak dengan intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.4237 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.6097626, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMOLUMO sebanyak 96%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasi elektron H-1LUMO sebanyak 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 3.9223 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1412969, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari H-1LUMO sebanyak 88%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 4.9590 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1211676, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMOL+1 sebanyak 72%, dan HOMOL+3 sebanyak 10%. Puncak tertinggi keempat dihasilkan pada energi 4.3461 eV dengan kekuatan osilator 0.0411999, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari H-2LUMO .

(a)

(b)Gambar 2.Hasil Optimasi geometri senyawa kattiofen (a) menggunakan Chemcraft dan (b) menggunakan AvogadroTabel 3 menunjukkan panjang ikatan dari masing-masing atom dalam senyawa kattiofen. Panjang ikatan ini diperoleh dengan menggunakan aplikasi gabedit dengan memasukkan data output TDDFT.Tabel 3.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa kattiofenIkatanPanjang ikatan

C - C1.422

C - C1.492

C - C1.444

C - C1.508

C - C1.412

C - C1.400

C - C1.396

Rata-rata1.655

IkatanPanjang ikatan

C = C1.397

C = C1.403

C = C1.363

C = C1.409

C = C1.396

C = C1.415

Rata- rata1.397


C - H1.081

C - H1.082

C - H1.082

C - H1.085

C - H1.068

C - H1.084

C - H1.083

Rata- rata1.081


C N1.158


C - O1.352

C - O1.352

Rata-rata1.352


O - H0.964

O - H0.964

Rata-rata0.964


C - S1.658

C - S1.665

Rata-rata1.662

Bila dilihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa kattiofen. Terdapat ikatan C-C sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.655. Ikatan C=C sebanyak 6 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.397. Ikatan C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.081 . Ikatan C N sebesar 1.158. Ikatan C-O sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.352. Ikatan O-H dengan panjang ikatan rata-rata 0.964 dan panjang ikatan rata-rata dari C-S sebesar 1.662.Selanjutnya Tabel 4 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa kattiofen. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit. Tabel 4.Data muatan formal dari senyawa kattiofen hasil perhitungan komputasiNOSIMBOLCHARGE

1C-0.113286

2C-0.124302

3C0.079816

4C-0.016804

5C-0.126427

6C0.066344

7O-0.257195

8O-0.258247

9H0.124663

10H0.119929

11H0.231534

12H0.228020

13H0.131454

14C-0.070760

15C-0.028748

16C-0.188213

17C0.000024

18N-0.121476

19S0.395397

20C-0.303091

21C-0.137271

22C-0.141166

23H0.124079

24H0.144793

25H0.116952

26H0.123982

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C6 terdapat dua atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif, sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Begitupun O lebih parsial negatif bila dibandingkan dengan atom H yang parsial positif., sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa kattiofen dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat pada Gambar 3 (a)(b) (c)(d) (e)(f) (g)(h) (j)(k)

(k)Gambar 3.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa kattiofen (a) pada orbital H, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital H-4, (f) pada orbital L, (g) pada orbital L+1,(h) pada orbital L+2,(i) pada orbital L+3,(j) pada orbital L+4,(k) pada orbital L+5Gambar 3 menunjukkan daerah penyebaran elektron HOMO LUMO dalam senyawa kattiofen. Gambar ini diperoleh dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi gabedit.

Gambar 4.Pita Energi kattiofen hasil perhitungan komputasiGambar 4 merupakan pita energi dari senyawa kattiofen. Dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi chemcraft maka dapat dilihat pita energinya seperti diatas. Dalam studi komputasi ini, dihasilkan perbedaan pita energi yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Perbedaan pita energi yang dihasilkan, merupakan hasil perhitungan komputasi yang dilakukan dengan menggunakan metode perhitungan TDDFT. Perbedaan pita energi yang dihasilkan merupakan selisih antara energi LUMO dengan energi HOMO dengan nilai yang bervariasi pada masing-masing perhitungannya. Nilai perbedaan pita energi yang semakin kecil, menandakan bahwa semakin mudah suatu elektron berpindah dari tingkatan energi yang rendah, ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Perpindahan elektron ini dapat terjadi dengan adanya pengaruh suhu dan penyinaran sinar matahari, dengan intensitas penyinaran yang sesuai dengan nilai band gap. Oleh karena itu, daya serap terhadap cahaya matahari dari suatu zat warna akan sangat ditentukan oleh besar kecilnya perbedaan pita energi yang dimiliki oleh suatu zat warna. Dari gambar dibawah ini didapatkan Band Gap sebesar 3.62458512 eV.Selain spektrum UV-Vis didapatkan pula kurva spektrum IR dan NMR, dibawah ini digambarkan kurva kedua spektrum tersebut. Berikut merupakan gambar spektrum IR dan spektrum NMR,

Gambar 5.Spektrum IR kattiofen hasil perhitungan komputasi

Gambar 6.Spektrum NMR kattiofen hasil perhitungan komputasi

B. Kattiofen-Ti(OH)2Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi gausumm diperoleh grafik data UV VIS untuk senyawa kattiofen adalah sebagai berikut:

Gambar 7.Spektrum UV-Vis kattiofen-Ti(OH)2. hasil perhitungan komputasiDari hasil data perhitungan diperoleh data UV-Vis untuk senyawa kattiofen untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 5.Data panjang gelombang senyawa kattiofen-Ti(OH)2 hasil perhitungan komputasiPanjang gelombang (nm)Kekuatan Osilator

365.4764793750.7204663

439.1428239820.1236537

341.5658493440.0951111

568.4182641730.0028465

332.2112525360.0002696

313.6003562910.0002367

404.2453262460.0001135

Berdasarkan data yang diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa kattiofen berada pada sekitar 365.476479375 nm sesuai dengan grafik yang diperoleh. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 439.142823982 nm, dan puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 341.565849344 nm.Tabel 6 memperlihatkan probabilitas eksitasi elektron secara lengkap pada molekul zat warna kattiofen hasil perhitungan TDDFT menggunakan perangkat lunak Firefly.Tabel 6.Probabilitas eksitasi elektron senyawa kattiofen-Ti(OH)2 hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)Kekuatan OsilatorEnergi (eV)Kontribusi Utama

0.72046633.3924HL+1 (25%), HL+2 (72%)

0.12365372.8233HL+1 (70%), HL+2 (22%)

0.09511113.6299H-1L+1 (84%)

0.00284652.1812HL (90%)

0.00026963.7321H-3L (60%), H-2L (32%)

0.00023673.9536HL+3 (88%)

0.00011353.0671H-1L (88%)


0.72046633.3924H-1L+2 (2%)

0.12365372.8233H-1L+1 (4%), H-1L+2 (3%)

0.09511113.6299H-1L+2 (4%), HL+1 (4%), HL+4 (2%)

0.00284652.1812H-1L (8%)

0.00026963.7321H-4L (2%), H-1L (2%), HL (3%)

0.00023673.9536H-1L+3 (6%), HL+4 (3%)

0.00011353.0671H-3L (2%), H-2L (2%), HL (7%)

Dalam senyawa kattiofen, terdapat beberapa puncak dengan intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.3924 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.7204663, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HL+1 sebanyak 25% dan HL+2 sebanyak 72%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan kontribusi minor dari eksitasi elektron H-1L+2 sebanyak 2%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 2.8233 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1236537, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HL+1 sebanyak 70 dan HL+2 sebanyak 22%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.6299 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.0951111, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-1L+1 sebanyak 84%.

(a)

(b)Gambar 8.Hasil Optimasi geometri senyawa kattiofen-Ti(OH)2 (a) menggunakan Chemcraft dan (b) menggunakan AvogadroTabel 7 menunjukkan panjang ikatan dari masing-masing atom dalam senyawa kattiofen. Panjang ikatan ini diperoleh dengan menggunakan aplikasi gabedit dengan memasukkan data output TDDFT.

Tabel 7.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa kattiofen-Ti(OH)2IkatanPanjang ikatan

C - C1.423

C - C1.466

C - C1.434

C - C1.455

C - C1.412

C - C1.389

C - C1.380

Rata-rata1.423


C = C1.366

C = C1.378

C = C1.366

C = C1.420

C = C1.412

C = C1.396

Rata- rata1.389


C - H1.081

C - H1.084

C - H1.084

C - H1.088

C - H1.085

C - H1.081

C - H1.085

Rata- rata1.084


C N1.165


C - O1.371

C - O1.365

Rata-rata1.368


O - H0.965

O - H0.964

Rata-rata0.9645


C - S1.736

C - S1.756

Rata-rata1.746


Ti-O (C)1.850

Ti-O (C)1.855

Rata-rata1.852


Ti-O (H)1.796

Ti-O (H)1.794

Rata-rata1.795

Bila dilihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa kattiofen-Ti(OH)2. Terdapat ikatan C-C sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.423. Ikatan C=C sebanyak 6 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.389. Ikatan C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.084 . Ikatan C N sebesar 1.165. Ikatan C-O sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.368. Ikatan O-H dengan panjang ikatan rata-rata 0.9645. Ikatan C-S sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.662. Ikatan Ti-O yang terikat pada atom C sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.852 dan ikatan Ti-O yang terikat pada atom H sebanyak 2 ikatan dengan panjang rata-rata sebesar 1.795.Selanjutnya Tabel 8 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa kattiofen-Ti(OH)2. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit. Tabel 8.Data muatan formal dari senyawa kattiofen-Ti(OH)2 hasil perhitungan komputasiNOSIMBOLCHARGE

1C-0.013875

2C-0.120289

3C0.082673

4C-0.105293

5C-0.119264

6C0.096203

7O-0.264999

8O-0.258146

9H0.124163

10H0.133461

11H0.128460

12Ti0.640394

13O-0.365018

14O-0.367646

15H0.249238

16H0.249979

17C-0.074117

18C-0.035258

19C-0.147024

20C-0.000130

21N-0.130166

22S0.304560

23C-0.259271

24C-0.124956

25C-0.130115

26H0.121684

27H0.134916

28H0.120294

29H0.129540

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C6 terdapat dua atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif, sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Begitupun O lebih parsial negatif bila dibandingkan dengan atom H yang parsial positif, sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa kattiofen-Ti(OH)2 dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat pada Gambar 9 (a) (b) (c)(d)

(e)(f)

(g)(h) (i) (j)Gambar 9.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa kattiofen-Ti(OH)2 (a) pada orbital HOMO, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital H-4, (f) pada orbital LUMO, (g) pada orbital L-1, (h) pada orbital L-2, (i) pada orbital L-3, (j) pada orbital L-4Gambar 9 menunjukkan daerah penyebaran elektron HOMO LUMO dalam senyawa kattiofen-Ti(OH)2. Gambar ini diperoleh dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi gabedit.

Gambar 10.Pita Energi kattiofen-Ti(OH)2. hasil perhitungan komputasiGambar 10 merupakan pita energi dari senyawa kattiofen-Ti(OH)2. Dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi chemcraft maka dapat dilihat pita energinya seperti diatas. Dalam studi komputasi ini, dihasilkan perbedaan pita energi yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Perbedaan pita energi yang dihasilkan, merupakan hasil perhitungan komputasi yang dilakukan dengan menggunakan metode perhitungan TDDFT. Perbedaan pita energi yang dihasilkan merupakan selisih antara energi LUMO dengan energi HOMO dengan nilai yang bervariasi pada masing-masing perhitungannya. Nilai perbedaan pita energi yang semakin kecil, menandakan bahwa semakin mudah suatu elektron berpindah dari tingkatan energi yang rendah, ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Perpindahan elektron ini dapat terjadi dengan adanya pengaruh suhu dan penyinaran sinar matahari, dengan intensitas penyinaran yang sesuai dengan nilai band gap. Oleh karena itu, daya serap terhadap cahaya matahari dari suatu zat warna akan sangat ditentukan oleh besar kecilnya perbedaan pita energi yang dimiliki oleh suatu zat warna. Dari gambar dibawah ini didapatkan Band Gap sebesar 2.89259308 eV.Selain spektrum UV-Vis didapatkan pula kurva spektrum IR dan NMR, dibawah ini digambarkan kurva kedua spektrum tersebut. Berikut merupakan gambar spektrum IR dan spektrum NMR,

Gambar 11.Spektrum IR kattiofen-Ti(OH)2 hasil perhitungan komputasi

Gambar 12.Spektrum NMR kattiofen-Ti(OH)2 hasil perhitungan komputasi

C. Redoks Kattiofen 1 (Icharg : -2 dan Multi :1)Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi gaussSum diperoleh grafik data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen 1 adalah sebagai berikut,

Gambar 13.Spektrum UV-Vis kattiofen hasil perhitungan komputasiDari hasil data perhitungan diperoleh data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen 1 untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 9.Data panjang gelombang senyawa kattiofen redoks 1 hasil perhitungan komputasiPanjang gelombang ( nm )Kekuatan osilator

753.0667011010.2063683

595.862493864.7e-06

489.3015976060.034511

483.7669931271.1e-06

397.9162195790.6466298

389.350084919.5e-06

382.8743864173.4e-06

Berdasarkan data yang diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa kattiofen berada pada sekitar 397.916219579 nm sesuai dengan grafik yang diperoleh. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 753.066701101 nm dan puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 489.301597606 nm. Selain itu diperoleh juga data UV VIS lainnyaTabel 10 memperlihatkan probabilitas eksitasi elektron secara lengkap pada molekul zat warna redoks kattiofen 1 hasil perhitungan TDDFT menggunakan perangkat lunak Firefly.Tabel 10.Probabilitas eksitasi elektron senyawa redoks kattiofen 1 hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)Kekuatan osilatorEnergi(eV)Kontribusi Utama

0.20636831.6464HOMOLUMO (95%)

4.7e-062.0808H-1LUMO (97%)

0.0345112.5339HOMOL+1 (97%)

1.1e-062.5629HOMOL+2 (99%)

0.64662983.1158H-2LUMO (92%)

9.5e-063.1844HOMOL+3 (98%)

3.4e-063.23382H-3LUMO (91%)

Kekuatan osilatorEnergi(eV)Kontribusi Minor

0.20636831.6464H-2LUMO (7%), LUMOHOMO (5%)

4.7e-062.0808H-1L+1 (2%)

0.0345112.5339

1.1e-062.5629

0.64662983.1158HOMOLUMO (8%), LUMOHOMO (2%)

9.5e-063.1844

3.4e-063.23382H-3L+1 (3%), H-1L+1 (3%)

Dalam senyawa kattiofen redoks 1, terdapat beberapa puncak dengan intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.1158 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.6466298, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-2LUMO sebanyak 92%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasi HOMOLUMO sebanyak 8%, LUMOHOMO sebanyak 2%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 1.6464 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.2063683, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMOLUMO sebanyak 95%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 2.5339 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.034511, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMOL+1 sebanyak 97%. Tabel 10 memperlihatkan probabilitas eksitasi elektron secara lengkap pada molekul zat warna dopamin hasil perhitungan TDDFT menggunakan perangkat lunak Firefly.

(a)

(b)Gambar 14.Hasil Optimasi geometri senyawa redoks kattiofen 1 (a) menggunakan Chemcraft dan (b) menggunakan AvogadroTabel 11 menunjukkan panjang ikatan dari masing-masing atom dalam senyawa redoka kattiofen 1. Panjang ikatan ini diperoleh dengan menggunakan aplikasi gabedit dengan memasukkan data output TDDFT.Tabel 11.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa redoks kattiofen 1


C-C1.416

C-C1.440

C-C1.416

C-C1.401

C-C1.447

C-C1.466

C-C1.525

C-C1.413

Rata-rata1.441


C = C1.372

C = C1.401

C = C1.433

C = C1.438

C = C1.364

Rata- rata1.402


C - H1.081

C - H1.089

C - H1.084

C - H1.091

C - H1.085

C - H1.092

C - H1.091

Rata- rata1.088


C N1.175


C = O1.249

C = O1.268

Rata-rata1.259


C - S1.761

C - S1.785

Rata-rata1.773

Bila kita lihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa redoks kattiofen 1. Terdapat C-C sebanyak 8 dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.655. Ikatan C=C sebanyak 5 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.402. Ikatan C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.088 . Ikatan C N sebesar 1.175. Ikatan C=O sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.259 dan panjang ikatan rata-rata dari C-S sebesar 1.773.Selanjutnya Tabel 12 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa redoks kattiofen 1. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit.Tabel 12.Data muatan formal dari senyawa redoks kattiofen 1 hasil perhitungan komputasiNOSIMBOLCHARGE

1C-0.127290

2C-0.200228

3C0.088854

4C0.037947

5C-0.286445

6C-0.036729

7C-0.137256

8C-0.149637

9C-0.006561

10C-0.112889

11C-0.231512

12C-0.155075

13C-0.368453

14S0.189139

15N-0.277832

16O-0.373290

17O-0.478968

18H0.075447

19H0.101510

20H0.068177

21H0.102387

22H0.102178

23H0.082446

24H0.094079

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C13 terdapat dua atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif. Sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa redoks kattiofen 1 dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat di Gambar 15. (a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)Gambar 15.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa redoks kattiofen 1 (a) pada orbital H, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital L, (f) pada orbital L+1 (g) pada orbital L+2, (h) pada orbital L+3Gambar 15 menunjukkan daerah penyebaran elektron HOMO LUMO dalam senyawa kattiofen. Gambar ini diperoleh dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi gabedit.

Gambar 16.Pita Energi redoks kattiofen 1 hasil perhitungan komputasiGambar 16 merupakan pita energi dari senyawa redoks kattiofen 1. Dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi chemcraft maka dapat dilihat pita energinya seperti diatas. Dalam studi komputasi ini, dihasilkan perbedaan pita energi yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Perbedaan pita energi yang dihasilkan, merupakan hasil perhitungan komputasi yang dilakukan dengan menggunakan metode perhitungan TDDFT. Perbedaan pita energi yang dihasilkan merupakan selisih antara energi LUMO dengan energi HOMO dengan nilai yang bervariasi pada masing-masing perhitungannya. Nilai perbedaan pita energi yang semakin kecil, menandakan bahwa semakin mudah suatu elektron berpindah dari tingkatan energi yang rendah, ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Perpindahan elektron ini dapat terjadi dengan adanya pengaruh suhu dan penyinaran sinar matahari, dengan intensitas penyinaran yang sesuai dengan nilai band gap. Oleh karena itu, daya serap terhadap cahaya matahari dari suatu zat warna akan sangat ditentukan oleh besar kecilnya perbedaan pita energi yang dimiliki oleh suatu zat warna. Dari gambar dibawah ini didapatkan Band Gap sebesar 1.77147516 eV.Selain spektrum UV-Vis didapatkan pula kurva spektrum IR dan NMR, dibawah ini digambarkan kurva kedua spektrum tersebut. Berikut merupakan gambar spektrum IR dan spektrum NMR,



D. Redoks Kattiofen 2 (Icharg : 0 dan Multi :1)Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi gaussSum diperoleh grafik data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen 2 adalah sebagai berikut,

Gambar 19.Spektrum UV-Vis redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasiDari hasil data perhitungan diperoleh data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen 2 untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 13.Data panjang gelombang senyawa kattiofen hasil perhitungan komputasiPanjang gelombang (nm)Kekuatan Osilator

741.9565691811e-07

490.6220074320.2447597

423.0890493281.4e-06

384.5996759550.0982519

366.4551669830.0032247

346.465352375.9e-06

329.1527010410.461238

Berdasarkan data yang diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa kattiofen berada pada sekitar 329.152701041 nm sesuai dengan grafik yang diperoleh. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 490.622007432 nm. Puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 384.599675955 nm. Selain itu diperoleh juga data UV-Vis lainnya.Tabel 2 memperlihatkan probabilitas eksitasi elektron secara lengkap pada molekul zat warna kattiofen hasil perhitungan TDDFT menggunakan perangkat lunak Firefly.Tabel 14.Probabilitas eksitasi elektron senyawa kattiofen hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)Kekuatan OsilatorEnergi (eV)Kontribusi Utama

1e-071.6710H-1LUMO (96%)

0.24475972.5271HOMOLUMO (95%)

1.4e-062.9304H-4LUMO (91%)

0.09825193.2237H-2LUMO (98%)

0.00322473.3833H-3LUMO (97%)

5.9e-063.5784H-1L+1 (91%)

0.4612383.7668HOMOL+1 (88%)


1e-071.6710H-1L+1 (3%)

0.24475972.5271LUMOHOMO (2%), HOMOL+1 (5%)

1.4e-062.9304H-4L+1 (3%), H-1L+1 (3%)

0.09825193.2237

0.00322473.3833HOMOL+1 (2%)

5.9e-063.5784H-4LUMO (4%), H-1LUMO (3%)

0.4612383.7668H-5LUMO (3%), H-3LUMO (2%), HOMOLUMO (5%)

Dalam senyawa redoks kattiofen 2, terdapat beberapa puncak dengan intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.7668 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.461238, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMOL+1 sebanyak 88%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasi elektron H-1L+1 sebanyak 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 2.5271 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.2447597, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMOLUMO sebanyak 95%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.2237 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.0982519, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-2LUMO sebanyak 98%.

(a)

(b)Gambar 20.Hasil Optimasi geometri senyawa redoks kattiofen 2 (a) menggunakan Chemcraft dan (b) menggunakan AvogadroTabel 15 menunjukkan panjang ikatan dari masing-masing atom dalam senyawa kattiofen. Panjang ikatan ini diperoleh dengan menggunakan aplikasi gabedit dengan memasukkan data output TDDFT.Tabel 15.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa redoks kattiofen 2IkatanPanjang ikatan

C-C1.420

C-C1.461

C-C1.437

C-C1.452

C-C1.477

C-C1.474

C-C1.551

C-C1.463

Rata-rata1.467


C = C1.369

C = C1.382

C = C1.368

C = C1.370

C = C1.347

Rata- rata1.367


C - H1.081

C - H1.083

C - H1.083

C - H1.087

C - H1.082

C - H1.085

C - H1.086

Rata- rata1.084


C N1.164


C = O1.222

C = O1.218

Rata-rata1.220


C - S1.732

C - S1.755

Rata-rata1.743

Bila kita lihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa redoks kattiofen 2. Terdapat C-C sebanyak 8 dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.467. Ikatan C=C sebanyak 5 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.367. Ikatan C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.084 . Ikatan C N sebesar 1.164. Ikatan C=O sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.220 dan panjang ikatan rata-rata dari C-S sebesar 1.743.Selanjutnya Tabel 16 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa redoks kattiofen 1. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit.Tabel 16.Data muatan formal dari senyawa redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasiNOSIMBOLCHARGE

1C0.123362

2C-0.118611

3C-0.079471

4C0.021472

5C-0.125218

6C0.113958

7C-0.084577

8C-0.005276

9C-0.003411

10C-0.153881

11C-0.112917

12C-0.120622

13C-0.241043

14O-0.174039

15O-0.181728

16N-0.107348

17S0.328049

18H0.134987

19H0.125520

20H0.139372

21H0.128664

22H0.137273

23H0.130570

24H0.124913

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C13 terdapat tiga atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif. Sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa redoks kattiofen 2 dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat di Gambar 21.(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g) Gambar 21.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa redoks kattiofen 2 (a) pada orbital H, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital H-4, (f) pada orbital L, dan (g) pada orbital L+1Gambar 21 menunjukkan daerah penyebaran elektron HOMO LUMO dalam senyawa kattiofen. Gambar ini diperoleh dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi gabedit.

Gambar 22.Pita Energi redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasiGambar 22 merupakan pita energi dari senyawa redoks kattiofen 2. Dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi chemcraft maka dapat dilihat pita energinya seperti di atas. Dalam studi komputasi ini, dihasilkan perbedaan pita energi yang dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Perbedaan pita energi yang dihasilkan, merupakan hasil perhitungan komputasi yang dilakukan dengan menggunakan metode perhitungan TDDFT. Perbedaan pita energi yang dihasilkan merupakan selisih antara energi LUMO dengan energi HOMO dengan nilai yang bervariasi pada masing-masing perhitungannya. Nilai perbedaan pita energi yang semakin kecil, menandakan bahwa semakin mudah suatu elektron berpindah dari tingkatan energi yang rendah, ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Perpindahan elektron ini dapat terjadi dengan adanya pengaruh suhu dan penyinaran sinar matahari, dengan intensitas penyinaran yang sesuai dengan nilai band gap. Oleh karena itu, daya serap terhadap cahaya matahari dari suatu zat warna akan sangat ditentukan oleh besar kecilnya perbedaan pita energi yang dimiliki oleh suatu zat warna. Dari gambar dibawah ini didapatkan Band Gap sebesar 2.6667368 eV.Selain spektrum UV-Vis didapatkan pula kurva spektrum IR dan NMR, dibawah ini digambarkan kurva kedua spektrum tersebut. Berikut merupakan gambar spektrum IR dan spektrum NMR,

Gambar 23.Spektrum IR redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasi

Gambar 24.Spektrum NMR redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasiE. Redoks Kattiofen 3 (Icharg : -2 dan Multi :1)Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi Gausumm, diperoleh grafik UV-Vis untuk senyawa kattiofen dalam bentuk redoks yaitu sebagai berikut,

Gambar 25.Spektrum UV-Vis redoks kattiofen 3 hasil perhitungan komputasi Dari hasil perhitungan menggunakan aplikasi Gausumm tersebut diperoleh data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 17.Data panjang gelombang senyawa redoks kattiofen 3 hasil perhitungan komputasi Pajang gelombang (nm)Kekuatan isolator

752.821223180.2061038

595.7732722794.7e-06

489.1044041020.0345945

483.6271885381.1e-06

397.990851310.6453327

389.1494017259.5e-06

383.0041680013.4e-06

Berdasarkan data tersebut diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa kattiofen dalam bentuk redoks berada pada 397.99085131 nm. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 752.82122318 nm dan puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 489.104404102 nm. Selain itu data yang didapat pada perhitungan komputasi dari data TDDFT yaitu nilai probabilitas eksitasi elektron yang didapat melalui perhitungan pada aplikasi Firefly yaitu pada tabel dibawah ini,Tabel 18.Probabilitas eksitasi elektron senyawa redoks kattiofen 3 hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)Kekuatan IsolatorEnergi (eV)Kontribusi Utama

0.20610381.6494HOMOLUMO (95%)

4.7e-062.0811H-1LUMO (97%)

0.03459452.5378HOMOL+1 (97%)

1.1e-062.5636HOMOL+2 (99%)

0.64533273.1153H-2LUMO (92%)

9.5e-063.1860HOMOL+3 (98%)

3.4e-063.2372H-3LUMO (92%)

Kekuatan IsolatorEnergi (eV)Kontribusi Minor

0.20610381.6494H-2LUMO (7%), LUMOHOMO (5%)

4.7e-062.0811H-1L+1 (2%)

0.03459452.5378

1.1e-062.5636

0.64533273.1153HOMOLUMO (8%), LUMOHOMO (2%)

9.5e-063.1860

3.4e-063.2372H-3L+1 (3%), H-1L+1 (2%)

Dalam senyawa redoks kattiofen 3 terdapat beberapa puncak intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.115269444 eV dengan kekuatan isolator 0.6453327, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron kontribusi utama dari H-2LUMO sebesar 92%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron HOMOLUMO sebesar 8%, dan LUMOHOMO sebesar 2%. Puncak tertinggi kedua dihaslkan pada enegi 1.64936484 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.2061038, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron kontribusi utama dari HOMO->LUMO sebesar 95% dan kontribusi minor ekstasi elektron pada kattiofen bentuk redoks ini H-2LUMO sebesar 7% dan LUMOHOMO sebesar 5%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.186048167 eV dengan kekuatan isolator sebesar 9.5e-06, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron pada kontribusi utama dari HOMOL+3 sebesar 98%.

(a)

(b)Gambar 26.Hasil Optimasi geometri senyawa redoks kattiofen 3 (a) menggunakan Chemcraft dan (b) menggunakan AvogadroTabel 19 menunjukkan panjang ikatan dari masing-masing atom dalam senyawa redoks kattiofen 2. Panjang ikatan ini diperoleh dengan menggunakan aplikasi gabedit dengan memasukkan data output TDDFT.Tabel 19.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa redoks kattiofen 3IkatanPanjang ikatan

C-C1,466

C-C1,416

C-C1,401

C-C1,447

C-C1,439

C-C1,416

C-C1,524

C-C1,413

Rata-rata1,440


C = C1,434

C = C1,372

C = C1,401

C = C1,438

C = C1,364

Rata- rata1,402


C H1,091

C H1,084

C H1,089

C H1,085

C H1,091

C H1,092

C H1,081

Rata- rata1,088


C N1,175


C O1,268

C O1,249

Rata-rata1,259


C S1,761

C S1,785

Rata-rata1,773

Bila dilihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa redoks kattiofen 3. Terdapat sebanyak C-C sebanyak 8 dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.440. C=C sebanyak 5 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.402. C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.088 . ikatan C N sebesar 1.175. ikatan C-O sebanyak 2 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.259 dan panjang ikatan rata-rata dari C-S sebesar 1.773.Selanjutnya Tabel 20 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa redoks kattiofen 3. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit. Tabel 20.Data muatan formal dari senyawa redoks kattiofen 2 hasil perhitungan komputasiNOSIMBOLCHARGE

1C0.089468

2C-0.196677

3C-0.129782

4C-0.036179

5C-0.283708

6C0.040312

7C-0.134303

8C-0.149883

9C-0.007187

10C-0.113088

11C-0.232219

12C-0.150905

13C-0.366749

14O-0.374143

15O-0.480047

16N-0.277926

17S0.189656

18H0.102549

19H0.078879

20H0.092621

21H0.099143

22H0.103652

23H0.071881

24H0.064637

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C13 terdapat dua atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif. Sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Begitupun O lebih parsial negatif bila dibandingkan dengan atom H yang parsial positif. Sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa redoks kattiofen 3 dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat di Gambar 27 (a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

Gambar 27.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa redoks kattiofen 3 (a) pada orbital H, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital L, (f) pada orbital L+1, (g) pada orbital L+2, dan (h) pada orbital L+3Gambar 27 menunjukkan daerah penyebaran elektron HOMO LUMO dalam senyawa redoks kattiofen 3. Gambar ini diperoleh dengan membuka hasil output TDDFT dalam aplikasi gabedit.


Gambar 29.Spektrum IR redoks kattiofen 3 hasil perhitungan komputasi

Gambar 30.Spektrum NMR redoks kattiofen 3 hasil perhitungan komputasi

F. Redoks Kattiofen 4 (Icharg : 0 dan Multi :1)Dari hasil perhitungan dengan memasukkan data TDDFT pada aplikasi Gausumm, diperoleh grafik UV-Vis untuk senyawa kattiofen dalam bentuk redoks yaitu sebagai berikut,

Gambar 31.Spektrum UV-Vis redoks kattiofen 4 hasil perhitungan komputasiDari hasil perhitungan menggunakan aplikasi Gausumm tersebut diperoleh data UV-Vis untuk senyawa redoks kattiofen untuk panjang gelombang sebagai berikut,Tabel 21.Data panjang gelombang senyawa redoks kattiofen 4 hasil perhitungan komputasi Panjang gelombang (nm)Kekuatan isolator

742.1160541171e-07

490.5800901020.2444872

422.7336887931.4e-06

384.6387208060.0983242

366.4205747120.0032056

346.5209215065.9e-06

329.1286292690.4613545

Berdasarkan data tersebut diperoleh panjang gelombang pada puncak tertinggi dari senyawa redoks kattiofen 4 dalam bentuk redoks berada pada 366.420574712 nm. Puncak kedua memiliki panjang gelombang sebesar 490.580090102 nm dan puncak ketiga memiliki panjang gelombang sebesar 384.638720806 nm.Selain itu data yang didapat pada perhitungan komputasi dari data TDDFT yaitu nilai probabilitas eksitasi elektron yang didapat melalui perhitungan pada aplikasi Firefly yaitu pada tabel dibawah ini,

Tabel 22. Probabilitas eksitasi elektron redoks senyawa redoks kattiofen 2 hasil perhitungan Firefly (Keterangan : H = HOMO, L = LUMO)

Kekuatan IsolatorEnergi (eV)Kontribusi Utama

1e-071.6707H-1LUMO (96%)

0.24448722.5273HOMOLUMO (95%)

1.4e-062.9329H-4LUMO (91%)

0.09832423.2234H-2LUMO (98%)

0.00320563.3837H-3LUMO (97%)

5.9e-063.5779H-1L+1 (91%)

0.46135453.7671HOMOL+1 (88%)

Kekuatan IsolatorEnergi (eV)Kontribusi Minor

1e-071.6707H-1L+1 (3%)

0.24448722.5273LUMOHOMO (2%)HOMOL+1 (5%)

1.4e-062.9329H-4L+1 (3%)H-1L+1 (4%)

0.09832423.2234

0.00320563.3837HOMOL+1 (2%)

5.9e-063.5779H-4LUMO (4%)H-1LUMO (3%)

0.46135453.7671H-5LUMO (3%)H-3LUMO (2%)HOMOLUMO (5%)

Dalam senyawa redoks kattiofen 4, terdapat beberapa puncak intensitas yang berbeda-beda. Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.7671 eV dengan kekuatan isolator 0.4613545, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron kontribusi utama dari HOMOL+1 sebesar 88%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron H-1L+1 sebesar 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada enegi 2.5273 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.2444872, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron kontribusi utama dari LUMOHOMO sebesar 2%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.2234 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.0983242, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron pada kontribusi utama dari H-2LUMO sebanyak 98%.

(a)

(b)

(c)Gambar 32.Hasil Optimasi geometri senyawa redoks kattiofen 4 (a) menggunakan Chemcraft tampak depan, (b) menggunakann Chemcraft tampak samping, dan (c) menggunakan Avogadro

Tabel 23.Data panjang ikatan tiap atom dalam senyawa redoks kattiofen 4IkatanPanjang ikatan

C-C1,474

C-C1,437

C-C1,464

C-C1,477

C-C1,552

C-C1,420

C-C1,461

C-C1,452

Rata-rata1,677


C = C1,369

C = C1,382

C = C1,368

C = C1,370

C = C1,347

Rata- rata1,367


C H1,081

C H1,085

C H1,083

C H1,087

C H1,083

C H1,086

C H1,082

Rata- rata1,084


C N1,164


C O1,218

C O1,222

Rata-rata1,220


C S1,732

C S1,755

Rata-rata1,744

Bila dilihat data ini sesuai dengan struktur dari senyawa redoks kattiofen4. Terdapat sebanyak C-C sebanyak 8 dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1,677. C=C sebanyak 5 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.367, C-H sebanyak 7 ikatan dengan panjang ikatan rata-rata sebesar 1.084 . ikatan C N sebesar 1.164 dan panjang ikatan rata-rata dari C-S sebesar 1.744.Selanjutnya Tabel 24 menjelaskan tentang muatan formal dari masing-masing atom dalam senyawa redoks kattiofen 4. Muatan formal ini diperoleh dari hasil perhitungan firefly dan membuka data output TDDFT dalam aplikasi gabedit. NOSIMBOLCHARGE

1C-0.078637

2C-0.121139

3C0.121870

4C0.111914

5C-0.127850

6C0.020929

7C-0.086483

8C-0.006068

9C-0.002683

10C-0.152122

11C-0.113800

12C-0.123759

13C-0.242283

14S0.326412

15N-0.107432

16O-0.172862

17O-0.180492

18H0.134011

19H0.135887

20H0.128398

21H0.131459

22H0.135432

23H0.128855

24H0.140444

Berdasarkan hasil perhitungan diketahui bahwa terdapat atom dengan muatan parsial positif dan muatan parsial negatif. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa pada C1-C13 terdapat tiga atom C dengan muatan formal positif. Muatan formal positif ini karena dilihat dari C yang lebih parsial positif dibandingkan dengan O yang lebih parsial negatif. Sedangkan pada saat atom C berikatan dengan atom H atom C lebih parsial negatif dan H lebih parsial positif. Begitupun O lebih parsial negatif bila dibandingkan dengan atom H yang parsial positif. Sedangkan saat C berikatan dengan atom N maka N lebih parsial negatif dan C lebih parsial positif. Diagram penyebaran elektron dominan pada perhitungan senyawa redoks kattiofen 4 dengan menggunakan perangkat lunak gabedit perhitungan komputasi menghasilkan data yang sama persis, diagram penyebaran elektron dapat dilihat di Gambar 33. (a) (b)

(c)(d)(e)(f)(g)(h)Gambar 33.Diagram Penyebaran Elektron Hasil Perhitungan Komputasi Senyawa redoks kattiofen 4 (a) pada orbital H, (b) pada orbital H-1, (c) pada orbital H-2, (d) pada orbital H-3, (e) pada orbital H-4, (f) pada orbital H-5, (g) pada orbital L, dan (h) pada orbital L+1




Kesimpulan dan Saran 1. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 362.133032641 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.6097626 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 3.62458512 eV.2. Dalam senyawa kattiofen,Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 6,884 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.6097626 , dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMO->LUMO sebanyak 96%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasielektron H-1->LUMO sebanyak 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1412969, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari H-1->LUMO sebanyak 88%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1211676, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMO->L+1 sebanyak 72%, HOMO->L+3 sebanyak 10%. Puncak tertinggi keempat dihasilkan pada energi dengan kekuatan osilator 0.0411999, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari H-2->LUMO .3. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen Ti(OH)2 hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 365.476479375 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.7204663 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 3.62458512 eV.4. Dalam senyawa kattiofen Ti(OH)2, Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.3924 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.7204663, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HL+1 sebanyak 25% dan HL+2 sebanyak 72%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan kontribusi minor dari eksitasi elektron H-1L+2 sebanyak 2%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 2.8233 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.1236537, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HL+1 sebanyak 70 dan HL+2 sebanyak 22%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.6299 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.0951111, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-1L+1 sebanyak 84%.5. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen redoks 1 hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 362.133032641 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.6466298 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 2.89259308 eV.6. Dalam senyawa kattiofen redoks 1, Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.1158 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.6466298, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-2->LUMO sebanyak 92%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasi HOMO->LUMO sebanyak 8%, LUMO->HOMO sebanyak 2%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 1.6464 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.2063683, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMO->LUMO sebanyak 95%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 2.5339 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.034511, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMO->L+1 sebanyak 97%.7. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen redoks 2 hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 329.152701041 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.461238 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 2.6667368 eV.8. Dalam senyawa redoks kattiofen 2, Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.7668 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.461238, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari HOMOL+1 sebanyak 88%. Selain itu, puncak tertinggi ini juga dihasilkan dari kontribusi minor dari eksitasi elektron H-1L+1 sebanyak 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada energi 2.5271 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.2447597, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron dari HOMOLUMO sebanyak 95%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.2237 eV dengan kekuatan osilator sebesar 0.0982519, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron dari H-2LUMO sebanyak 98%.9. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen redoks 3 hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 397.99085131 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.6453327 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 1.77419632 eV.10. Dalam senyawa redoks kattiofen 3, Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.115269444 eV dengan kekuatan isolator 0.6453327, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron kontribusi utama dari H-2LUMO sebesar 92%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron HOMOLUMO sebesar 8%, dan LUMOHOMO sebesar 2%. Puncak tertinggi kedua dihaslkan pada enegi 1.64936484 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.2061038, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron kontribusi utama dari HOMO->LUMO sebesar 95% dan kontribusi minor ekstasi elektron pada kattiofen bentuk redoks ini H-2LUMO sebesar 7% dan LUMOHOMO sebesar 5%. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.186048167 eV dengan kekuatan isolator sebesar 9.5e-06, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron pada kontribusi utama dari HOMOL+3 sebesar 98%. 11. Spektrum UV-Vis senyawa kattiofen redoks 4 hasil perhitungan komputasi memberikan serapan cahaya pada panjang gelombang 366.420574712 nm (firefly) dengan kekuatan osilator 0.4613545 (firefly). Diagram energi HOMO/LUMO untuk kattiofen memberikan band gap sebesar 2.66945796 eV.12. Dalam senyawa redoks kattiofen 4, Puncak paling tinggi dihasilkan pada energi 3.7671 eV dengan kekuatan isolator 0.4613545, dimana puncak paling tinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron kontribusi utama dari HOMOL+1 sebesar 88%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron H-1L+1 sebesar 3%. Puncak tertinggi kedua dihasilkan pada enegi 2.5273 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.2444872, dimana pada puncak paling tinggi ini dihasilkan dari eksitasi elektron kontribusi utama dari LUMOHOMO sebesar 2%. Selain itu, puncak tertinggi dihasilkan dari kontribusi minor pada eksitasi elektron. Puncak tertinggi ketiga dihasilkan pada energi 3.2234 eV dengan kekuatan isolator sebesar 0.0983242, dimana puncak tertinggi ini dihasilkan oleh eksitasi elektron pada kontribusi utama dari H-2LUMO sebanyak 98%. Daftar Pustaka

[1]. Manzhos. S., Segawa. H., Yamashita. K. ((2011): A model for recombination in Type II dye-sensitized solar cells: Catecholthiophene dyes., Chemical Physics Letters, 504, 230235.[2]. Shah, A., Torres, P., Tscharner, R., Wyrsch, N., and Keppner, H. (1999): Photovoltaic Technology: The Case for Thin-Film Solar Cells., Science, 285, pp. 692698.[3]. Brabec, C.J., Sariciftci, N.S., and Hummelen, J.C. (2001): Plastic Solar Cells., Advanced Functional Materials, 11, pp. 1626.[4]. ORegan, B., and Grtzel, M. (1991): A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 353, pp. 737740.[5]. Burgelman, M., Nollet, P., and Degrave, S. (2000): Modelling polycrystalline semiconductor solar cells., Thin Solid Films, pp. 527532.[6]. Creutz, C., and Chou, M.H. (2008): Binding of Catechols to Mononuclear Titanium(IV) and to 1- and 5-nm TiO2 Nanoparticles., Inorganic Chemistry Article, 47, pp. 35093514.[7]. Sanchez-de-Armas, R., Oviedo Lopez, J., A. San-Miguel, M., Sanz, J.F., Ordejon, P., and Pruneda, M. (2010): Real-Time TD-DFT Simulations in Dye Sensitized Solar Cells: The Electronic Absorption Spectrum of Alizarin Supported on TiO2 Nanoclusters., Journal of Chemical Theory and Computation, 6, pp. 28562865.[8]. Daryanto. (2012). Energi Masalah dan Pemanfaatan Bagi Kehidupan Manusia. Yogyakarta : Pustaka Widyatama.[9]. Grtzel, M. (2003). Dye-sensitized solar cells. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 4, 145153.