Peningkatan Absorpsi Cahaya pada Nanostruktur TiO₂ Terdoping Cu dan Ni untuk Aplikasi Pemisahan Air Fotokatalitik

Abstract

This study reports the enhancement of light absorption by TiO₂ nanoparticles when doped with Ni and Cu nanoparticles. Numerical simulations were performed using the boundary element method. The absorbance in the visible region of Ni-doped TiO₂ increases compared to pure TiO₂. The increase in absorbance is accompanied by a shift in the absorption band edge to a longer wavelength (redshift) due to the formation of new energy levels that narrow the band gap. Cu-doped TiO₂ exhibits a more significant increase in absorbance and a wider absorption range. Both dopants decrease the band gap relative to pure TiO₂, with Cu doping producing a greater decrease. Ni and Cu doping enhance the optical response of TiO₂ in the visible region. Cu doping has the most dominant effect in broadening the absorption and lowering the band gap energy. These findings indicate that Ni- and Cu-based dopant engineering is a potential approach to improve the performance of TiO₂-based materials in photocatalytic applications such as hydrogen production by water splitting.Penelitian ini melaporkan peningkatan absorpsi cahaya oleh nanopartikel TiO₂ ketika didoping dengan nanopartikel Ni dan Cu. Simulasi numerik dilakukan menggunakan boundary element method. Absorbansi pada wilayah cahaya tampak TiO2 didoping Ni meningkat dibandingkan TiO₂ murni. Peningkatan absorbansi diikuti pergeseran tepi pita serapan ke panjang gelombang yang lebih besar (red-shift) akibat terbentuknya tingkat energi baru yang memperkecil celah pita energi. TiO₂ yang didoping Cu memperlihatkan peningkatan absorbansi yang lebih signifikan dan rentang serapan yang lebih lebar. Kedua dopan menurunkan celah pita energi relatif terhadap TiO₂ murni, dengan doping Cu menghasilkan penurunan lebih besar. Pendopingan Ni dan Cu meningkatkan respons optik TiO₂ di wilayah cahaya tampak. Cu-doping memberikan efek paling dominan dalam memperluas serapan dan menurunkan energi celah pita. Temuan ini menunjukkan bahwa rekayasa dopan berbasis Ni dan Cu merupakan pendekatan potensial untuk meningkatkan performa material berbasis TiO₂ pada aplikasi fotokatalitik seperti produksi hidrogen dengan metode water splitting.