Hasil Pencarian  ::  Simpan CSV :: Kembali

Abstrak :
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari efek katalitik dari katalis jenis perovskite (LaMnO3, LaCrO3, LaCoO3) yang dilapisi (coating) di atas permukaan material stainless steel (AISI 301) pada proses pembakaran kompor gas katalitik berbahan bakar LPG, sehingga emisi NOx, CO dan hidrokarbon tak terbakar hampir nihil dan efisiensi energi lebih tinggi dibandingkan kompor gas konvensional (tanpa katalis). Untuk mencapai tujuan tersebut, langkah-langkah penelitian laboratorium yang dilakukan adalah preparasi dan karakterisasi top burner katalitik serta uji kinerja kompor gas LPG yang meliputi uji efisiensi termal dan emisi polutan dengan variasi laju alir 700, 900, 1100 dan 1300 ml/menit untuk setiap jenis katalis yang dipilih. Preparasi katalis dilakukan dengan metode sitrat sedangkan pelapisan katalis di atas permukaan substrat menggunakan metode dip-coating berulang. Pada penelitian ini, tahap pelapisan katalis perovskite LaCrO3 LaMnO3 dan LaCoO3 di atas permukaan stainless steel yang mengalami pre-heating pada suhu 900°C telah berhasil dilakukan dengan loading 2,01 % (w/w) untuk tiga kali pencelupan dan ketebalan lapisan 26-29 gm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa top burner yang dilapisi katalis LaCrO3 memperlihatkan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan katalis LaMnO3 dan LaCoO3 baik dari aspek efisiensi termal kompor gas maupun dari aspek reduksi polutan CO dan UHC. Dengan katalis LaCrO3 efisiensi termal kompor gas dapat meningkat sebesar 22,5 % sementara itu reduksi emisi polutan UHC yang dicapai adalah sebesar 18,25 ppmv (reduksi 50,23 %) untuk C3 dan sebesar 12,65 ppm (32,66 %) untuk C4. Sayangnya penambahan top burner katalitik pada kompor gas belum dapat mereduksi emisi gas CO yang justru meningkat sebesar 13,09 ppm (29,08 %) dibandingkan dengan kompor konvensional selain itu juga meningkatkan konsentrasi emisi gas NOx, sebesar 4,5 ppmv (naik 128,6 %).

Abstrak :
Nikel (6%) yang disangga dengan TiO2 Al203, dan campuran TiO2:Al203 (1:9) digunakan sebagai katalis untuk mengkonversi karbondioksida menjadi metana. Luas permukaan spesifik (BET) katalis setelah reduksi pada suhu 300 °C adalah 39, 120, dan 113 m2/g, sedangkan pada suhu reduksi 400 °C adalah 42, 135, dan 120 m2Ig untuk katalis Ni/TiO2, Al203, dan TiO2:Al203 secara berturut-turut. Setelah reduksi, pada katalis Ni/TiO2 dan Ni/TiO2-Al203 ditemukan peak karakteristik Ni pada difraktogram XRD, sedangkan pada katalis Ni/Al203, tidak ditemukan adanya peak Ni. Berdasarkan tingginya laju metana yang terbentuk (ml/g Nl/detik) pada suhu reduksi 300 °C, urut-urutan katalis adalah Ni/TiO2 > Ni/TiO2-AI203 > Ni/Al203, sedangkan pada suhu reduksi 400 °C urut-urutan katalis adalah NifTiO2-A1203 > NifTi02 > NiIAI203. Berdasarkan persen konversi CO2 pada kondisi stabil, urut-urutan katalis adalah Ni/AI203 > Ni/TiO2-Al203 > Ni/Ti02 secara berturut-turut, baik pada suhu reduksi 300 °C maupun pada suhu reduksi 400 °C. Pemulihan aktivitas katalis bekas pada katalis Ni/Al203 dipengaruhi oleh lama reduksi, sedangkan pada katalis Ni/TiO2:Al203 dipengaruhi baik oleh lama reduksi maupun oleh lama kalsinasi. Pada katalis regenerasi NifTi02 terjadi kenaikan aktivitas dibandingkan dengan katalis segarnya.

---

Nickel (6%) which supported by TiO2 y-Al203, and the mixture of TiO2-y-Al2O (1:9) are used as catalyst for convertion of CO2 to methane. The specific surface area of catalysts after reduction at 300 °C are 39, 120, and 113 m21g, whereas after reduction temperature at 400 °C are 42, 135, and 120 m21g, for catalyst NifTi02, Ni/Al2O3, and Ni/TiO2-Al203 respectively. After reduction, the characteristic peak of Ni° were detected on the Ni/TiO2 and NifTiO2-AI203, while not detected at Ni/Al2O3 difractogram. According to methane production, at reduction temperature of 400 °C, the catalyst activity decrease in the order Ni/TiO2,Ni/Ti02-Al203>Ni/Al2O3, while at reduction temperature of 400 °C, the catalyst activity decrease in the order NifTiO2-Al203>Ni/TiO2>Ni/Al2O3. According to CO2 convertion at steady state, the catalyst activity decrease in the order Ni/A12O3>Ni/Ti02-AI203>Ni1TiO2 for both reduction temperature. The recovery of activity of used catalyst for Ni/Al2O 3 was influenced by long of reduction, for Ni/TiO2-Al203 was influenced by long of reduction and long of calcination. For Ni/TiO2 catalyst, the used catalyst more active than the fresh catalyst.

Abstrak :
ABSTRAK
Reformasi metana dengan CO2 adalah salah satu alternatif bagi pemanfaatan gas alam Indonesia (yang kaya akan CO2) sekaligus berperan dalam mengatasi keprihatinan dunia akan kerusakan lingkungan.

Dalam penelitian ini dievaluasi kinerja ZSM5, SiO2, Al2O3 ,dan Modernite (zeolit alam Cikalong) sebagai penyangga bagi Ni, yang dipreparasi dengan cara pertukaran ion (ion exchange) . Penelitian ini dilakukan pada reaktor unggun tetap (fixed bed), suhu 800 ºC dan rasio CH4 : CO2 = 1:1, serta gas carrier Ar, bertujuan untuk mendapatkan katalis dengan stabilitas dan aktifitas yang tinggi.

Hasil Karakterisasi katalis memperlihatkan bahwa luas permukaan dari keempat katalis berjenjang mengikuti urutan Ni/ZSM5 > Ni/Mor > Ni/SiO2 >Ni/Al2O3. Luas permukaan katalis setelah reaksi umumnya lebih rendah dari sebelum reaksi. Sementara keasaman katalis berjenjang dengan urutan yang hampir sama yakni Ni/ZSM5 > Ni/SiO2 > Ni/Mor > Ni/Al2O3 . Hasil ini berlawanan dengan kemampuan adsorpsi terhadap CO2 yakni Ni/Al2O3 > Ni/ZSM5 ≈ Ni/Mor > Ni/SiO2. Adapun pengujian dispersi Ni umumnya menampilkan hasil yang relatif kecil (sekitar 1%).

Dari pengujian kinerja katalis, didapatkan bahwa Ni/ZSM5 adalah paling stabil. (stabil hingga 14 jam) dengan aktifitas yang juga tinggi (konversi umpan sekitar 97% dengan selektifitas CO dan H2 sekitar 90%). Berikutnya adalah Ni/SiO2 yang juga stabil hingga 14 jam namun konversi umpan lebih kecil (sekitar 87%). Adapun Ni/Al2O3 terdeaktifasi setelah 8 Ni/Mor hanya bertahan selama 2 jam.

Abstrak :
Preparasi katalis logam kobalt (Co) dan campuran logam (Co-Cu) dengan penyangga zeolit klinoptilolit dan bentonit alam untuk proses sintesis Fischer-Tropsch dilakukan dengan metode pertukaran ion (ion-exchange). Preparasi dilakukan dengan mereaksikan larutan Co(NO3)2.6 H2O, Cu(NC3)2.3 H2O dengan NI-13-25 %, dan zeolit klinoptilolit serta bentonit alam sebagai penyangga. Dari hasil karakterisasi katalis menunjukan bahwa komposisi kandungan kobalt (Co) dengan AAS pada masing-masing katalis didapat : Co-Zeolit (2,3098 % wt), Co-Cu-Zeolit (11,2095 %wt), Co-Cu-Bentonit (6,6997 %) dan Co-Bentonit (3,5013 %wt). Hasil uji luas permukaan dengan BET didapat luas permukaan masing-masing katalis menurut tingkatannya : Co-Zeolit (95.25 m²/g) > Co-Cu-Bentonit (92.11 m²/g) > Co-Bentonit (86.80 m²/g) > Co-Cu-Zeolit (59.406 m²/g). Kinerja masing-masing katalis memiliki selektivitas yang beragam pada kondisi reaksi yang sama yaitu : -Katalis Co-Zeolit memiliki selektivitas produk Ci -C2 yang dominan -Katalis Co-Cu-Zeolit memiliki selektivitas produk C5-C7 yang dominan -Katalis Co-Bentonit dan Katalis Co-Cu-Bentonit memiliki selektivitas produk C3-C4 yang dominan. Hasil studi ini menunjukkan bahwa kandungan logam sebagai inti aktif kobalt (Co) dan kobalt-tembaga (Co-Cu) dengan menggunakan penyangga yang berbeda sangat berperan dalam menentukan selektivitas produk hidrokarbon.

Abstrak :
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk melakukan studi kinetika reaksi reformasi CH41CO2 menggunakan katalis Ni/A1203, dengan pendekatan analisis kinetika makro ('hukum pangkat sederhana' dan `hukum pangkat kompleks') dan analisis kinetika mikro (kinetika mekanistis). Hasil studi kinetika makro menunjukkan bahwa model kinetika `hukum pangkat kompleks' dapat memperbaiki model kinetika `hukum pangkat sederhana' yang selama ini dipakai pada reaksi reformasi CO2/CH4. Pada studi kinetika mikro, model kinetika yang terbaik adalah model yang diturunkan dari mekanisme khemisorpsi, dengan tahap penentu laju reaksinya adalah reaksi permukaan yang disertai dengan disosiasi CO2. Secara umum, model kinetika makro lebih akurat di dalam memprediksi data, terutama jika kondisi operasinya berada pada rentang kondisi percobaan kinetika. Akan tetapi informasi kinetika yang diberikan oleh model kinetika makro tidak selengkap model kinetika mikro. Model kinetika `hukum pangkat sederhana' hanya berlaku pada rentang kondisi percobaan kinetika saja, sedangkan model `hukum pangkat kompleks' dan model kinetika mikro (khemisorpsi) dapat dipakai pada rentang kondisi operasi yang lebih luas. Untuk semua model kinetika, energi aktivasi yang diperoleh ternyata lebih rendah dari pada entalpi reaksi. Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh tahanan difusi masih ada, atau kondisi isotermal tidak terpenuhi.

---

ABSTRACT Macrokinetic and microkinetic models of reforming reaction of methane with carbon dioxide over Ni/A1203 catalyst have been studied. The macrokinetic study showed that a complex power law model performs better than a simple power law model, which is usually used on the reaction. As a result of the microkinetic analysis, a model which derived from the chemisorption mechanism showed the model fits to the experimental data. The rate-limiting step in the kinetic model was a surface reaction between the adsorbed reactants with dissociation of CO2. In general, the macrokinetic model was better than the microkinetic model especially in the range of kinetic experimental conditions. However, the kinetic information of the microkinetic model was more complete. The simple power law is valid only in the range of experimental conditions, but the complex power law and the microkinetic model could be applicable in the wide ranging conditions. For all of the kinetic models, the activation energy were less than the enthalpy of reaction, probably as a consequence of diffusional limitations or nonisothermal operation.

Abstrak :
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan mempelajari pengaruh penarnbahan SrO pada Sm2O3 sebagai katalis reaksi Kopling Oksidatif metana inenjadi etana dan etilena. Sebagai senyawa asal SrO digunakan garam-garam stronsium nitrat, karbonat dan klorida dengan variasi %berat SrO 1, 3, 5, 7, dan 10%. Katalis dibuat dengan metode impregnasi basah. Pengujian katalis dilakukan dalam reaktor unggun tetap dengan kondisi operasi sebagai berikut: rentang suhu 600 - 800 °C, tekanan 1 atmosfer, rasio CH4/O2 = 1,134 - 3, berat katalis, 0,0119 g, dan laju alir umpan total 120 - 200 ml/menit. Hasil terbaik percobaan menggunakan berbagai garam stronsium sebagai senyawa asal SrO diberikan oleh katalis yang berasal dari garam stronsium nitrat. Penambahan 1-7% berat SrO pada Sm203 tidak banyak mempengaruhi kinerja katalis Sm2O3, sedangkan penambahan 10% berat SrO pada Sm2O3 memberikan hasil mendekati kinerja katalis SrO. Ditinjau dari segi laju pembentukan hidrokarbon C2, katalis 5% berat SrO/Sm2O3 memperbaiki kinerja katalis Sm2O3. Studi kinetika reaksi menunjukkan tidak adanya pengaruh kenaikan suhu pada laju reaksi pada suhu > 700 °C untuk semua katalis yang diteliti, kecuali katalis 10% berat SrO/Sm203. Hal tersebut kemungkinan disebabkan oleh kurangnya oksigen yang tersisa dari reaksi sehingga tidak mampu mengkonversi CH4 lebih banyak lagi, atau terjadi perubahan karakteristik permukaan katalis. Alga diketahui bahwa laju reaksi merupakan orde 1 terhadap P(CH4) dan bukan orde 1 terhadap P(O2). Hasil ini tidak sesuai dengan persamaan laju reaksi yang diturunkan dari mekanisme yang diusulkan oleh Otsuka dkk.

---

ABSTRACT The objective of this work is to study the effect of strontium addition to samarium oxide as catalyst in the oxidative coupling of methane reaction, where the precursor compounds of SrO are SrCO3, Sr(NO3)2, and SrC12. The SrO loading were 1, 3, 5, 7 and 10% weight SrO/Sm2O3. The catalyst testing were carried out in a quartz reactor (10 mm id.) under the following conditions: P(CH4) = 40 kPa, P(O2) = 20 kPa, P(He) = 40 kPa, with a total flow rate of 160 ml/min, weight of catalyst 0.0119g, and temperature range of 600 - 800 °C. Our results show that the Sr(NO3)2 as precursor compound of SrO give the highest C2 yields for all temperatures. 1 - 7% wt. SrO/Sm2O3 catalysts did not change much the catalytic performance of Sm2O3 catalyst. In other words, these catalysts behave as if the strontium added has no effect on the samarium oxide. However, the 10% wt. SrO/Sm2O3 catalyst showed catalytic performance between those of Sm2O3 and those of SrO. Kinetic study shows that practically there is no effect of temperature on the rate of CH4 conversion and the rate of C2 hydrocarbon formation at temperature above 700 °C using catalysts with SrO loading up to 7% wt. The possible causes are the lack of oxygen in reaction system so methane conversion cannot increase anymore, or, there is a change on catalysts surface characteristic. Kinetic study also shows that the order of reaction is order 1 against P(CH4) and is not of order 1 against P(O2). These result do not agree with the derived rate of reaction based on the mechanism proposed by Otsuka et. al.

Abstrak :
Direct oxidation fuel cells (DOFCs) telah banyak menarik perhatian sebagai alternative pengganti dari hydrogen-fuel cell dikarenakan lebih mudah penanganan dan transportasi bahan bakarnya. Penggunaan bahan bakar cair pada DOFC akan lebih sederhana dibandingkan hydrogen dan tidak memerlukan infrastruktur baru pada trasnportasi bahan bakarnya. Ethanol adalah salah satu kandidat bahan bakar untuk DOFC yang mempunyai kelebihan diantaranya : tidak beracun, sebagai bahan bakar terbaharukan, dan mempunyai kerapatan energi yang tinggi. Akan tetapi penggunaan ethanol pada direct ethanol fuel cell (DEFC) dihadapkan pada permasalahan utama yaitu kesulitan untuk memutus ikatan C-C pada ethanol dimana reaksi oksidasi akan terjadi secara parsial sehingga energi listrik yang dihasilkan tidak maksimal . Untuk memecahkan masalah tersebut maka penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan katalis anoda berbasiskan platina berpenyangga karbon untuk oksidasi ethanol yang mampu memutus ikatan C-C menuju reaksi oksidasi total. Tujuan khusus yang pertama pada penelitian ini adalah studi pengaruh penambahan rhodium pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Tujuan khusus kedua adalah studi pengaruh penambahan ceria pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Sedangkan tujuan khusus ketiga adalah studi pengaruh penambahan rhodium dan ceria bersama-sama pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Metoda penelitian terdiri dari beberapa aktivitas yaitu: sintesis katalis, karakterisasi fisik katalis, karakterisasi elektrokimia, perakitan membrane electrode assembly (MEA), pengukuran on-line dengan teknik differential electrochemical mass spectrommtery (DEMS) dan uji kinerja fuel cell susunan tunggal. Ceria disintesis menggunakan teknik precipitasi konvensional dengan dua tahap. Sebagai pembanding pada penelitian ini juga digunakan ceria komersial dari Alfa Aesar. Preparasi katalis (Pt-CeO2/C, Pt-Rh/C and Pt-Rh-CeO2/C) dilakukan dengan teknik koloid menggunakan ethylene glycol sebagai reduktan. Semua katalis di preparasi dengan target 20% berat platinum. Katalis yang telah di preparasi kemudian di karakterisasi dengan SEM-EDX untuk menganalisa morphologi permukaan katalis, dengan XRD untuk menganalisa kristalinitas dan struktur katalis, dan transmission elektron mikroskopy (TEM) untuk mengukur diameter partikel dan distribusinya. Dari hasil karakterisasi fisik diketahui bahawa ceria yang disintesa adalah berbentuk kristal sama dengan ceria komersial dengan diameter kristal 9 nm, sedangkan diameter ceria komersial adalah 19 nm. Ukuran diameter partikel katalis Pt-CeO2/C and Pt-Rh-CeO2/C adalah sekitar 2-3.5 nm dan terdistribusi merata dengan sedikit agglomerasi. Dari hasil EDX diketahui bahwa semua elemen katalis terdeteksi. Karakterisasi elektrokimia dilakukan dengan normal cyclic voltammetry, chronoamperommetry, and cyclic voltammetry pada media asam dan basa. Karakterisasi elektrokimia dilakukan untuk menginvestigasi aktivitas katalis yang dinyatakan dengan arus faraday yang dihasilkan pada uji setengah sel. Uji DEMS dilakukan untuk investigasi aktivitas katalis dan selektivitas pembentukan CO2 yang telah dirakit dalam susunan fuel cell. Katalis PtCeO2/C dan PtRhCeO2/C yang disintesis dengan metoda koloid meningkatkan aktivitas dan selektivitas terhadap pembentukan CO2 pada elektrooksidasi ethanol yang mengarah kepada reaksi oksidasi total pada pengujian di direct ethanol fuel cell (DEFC). Penambahan rhodium (Rh) pada katalis Pt/C meningkatkan kemampuan untuk memutus ikatan C-C pada ethanol. Akan tetapi hasil pemutusan ikatan C-C tersebut tidak semua di konversi menjadi CO2 di sebabkan adsorpsi CO pada permukaan Rh yang kuat, sehingga peningkatan activitas dan selektivitas katalis tersebut tidak terlalu besar. Penambahan CeO2 pada katalis Pt/C meningkatkan kemampuan katalis untuk memutus ikatan C-C pada elektro-oksidasi ethanol, sekaligus meningkatkan kemampuan katalis untuk mengoksidasi lanjut CO intermediate product menjadi CO2. Peningkatan aktivitas dan selektivitas katalis tersebut disebabkan fungsi CeO2 sebagai pendonor oksigen kepada permukaan platina, sehingga dengan adanya oksigen yang cukup pada permukaan platina meningkatkan kemampuan memutus ikatan C-C dan meningkatkan kemampuan mengkonversi CO menjadi CO2. Penambahan Rh dan CeO2 secara bersama-sama meningkatkan activitas dan selektivitas katalis pada reaksi elektro-oksidasi ethanol. Peningkatan tersebut lebih besar dibandingkan jika hanya di tambah rhodium saja ataupun hanya ditambahkan CeO2 saja. Penambahan keduanya tersebut akan bersinergi sehingga meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis PtRhCeO2/C. Peningkatan aktivitas katalis yang disintesis (in-house) terhadap katalis referensi Pt/C pada potential 0,6 V dan suhu operasi 90oC adalah : 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 5.99%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 3.89%, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 19.6%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 26.3%. Peningkatan selektivitas katalis yang di sintesis (in-house) untuk pembentukan CO2 terhadap katalis referensi Pt/C pada potensial 0,6 V suhu operasi 90oC adalah: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 20%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 19 %, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 27%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 24%. Direct oxidation fuel cells (DOFCs) have recently attracted major attention, as an alternative to hydrogen fuel cells, mainly due to easier fuel storage and handling. The organic liquids used for DOFCs are much simpler to handle than gaseous hydrogen and also in many cases do not require any new distribution infrastructure. Ethanol is one of the fuel candidates for direct oxidation fuel cell (DOFC). The advantages of ethanol are due to non toxicity, renewability and high energy density. Unfortunately, utilization of ethanol as fuel in direct ethanol fuel cell (DEFC) is still covered by main problem which is slow kinetic reaction due to difficult to break C-C bond in ethanol. In order to solve this main problem in ethanol electro-oxidation reaction (EOR) the research work is aimed to develop and investigate an anode catalyst base on carbon supported platinum catalyst for ethanol electro-oxidation in direct ethanol fuel cell (DEFC) which capable to promote in breaking C-C bond toward total oxidation reaction of ethanol. First specific objective of the research is to study the effect of Rhodium on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. The second specific objective is to study the effect of CeO2 on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. Moreover, the third specific objective of the research work is to study the effect of Rh and CeO2 addition on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. The research methodology was comprised of activities: catalyst syntheses, physical characterization, electrochemical characterization, membrane electrode assembly (MEA), in-situ differential mass spectrometry and fuel cell test in single cell setup. CeO2 nano-size particle material was prepared by two step conventional precipitation (in-house CeO2) and for comparison purpose; we also used commercial CeO2 purchased from Johnson Mattews. Preparation of catalysts (Pt-CeO2/C, Pt-Rh/C and Pt-Rh-CeO2/C) was carried out by colloidal method using ethylene glycol reductant agent. All of catalysts synthesized with 20 weight percent of Pt loading. New developed catalysts then characterized by SEM-EDX to analyze the morphology of catalysts, X-ray diffraction (XRD) to analyze the crystallography, and transmission electron microscopy (TEM) to investigate the particle size and particle dispersion. Physical characterizations result indicated that in-house CeO2 was a crystallite as CeO2 commercial was with the particle size diameter of about 9 nm, meanwhile the particle size diameter of commercial CeO2 about 19 nm. Particle size diameter of Pt-CeO2/C and Pt-Rh-CeO2/C catalysts was about 2-3.5 nm and well dispersed with light agglomeration. Energy dispersive of X-Ray (EDX) analysis shows that all of element in the catalyst was detected. Electrochemical characterization was carried out by normal cyclic voltammetry, chronoamperommetry, and cyclic voltammetry in present of ethanol either in acid or alkaline medium. Electrochemical characterization is to investigate the activity of the catalyst correlated to the Faradaic current which obtained in half cell/model electrode. In-situ differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) was conducted to further investigate the activity and selectivity of ethanol electrooxidation over PtCeO2/C and PtRhCeO2/C in real fuel cell setup. New developed catalysts of PtCeO2/C and PtRhCeO2/C which was synthesized by colloidal method improved the activity and selectivity to CO2 product in ethanol electro-oxidation toward total oxidation reaction in direct ethanol fuel cell. Whereas, effect addition of rhodium in the catalyst was to improve capability in C-C bond breaking, while effect addition of CeO2 in the catalyst was to donor oxygen onto Pt surface to break C-C bond and to promote COads intermediate to the CO2 product on the surface of platinum. Addition of rhodium to the carbon supported Pt catalyst improved in C-C bond breaking in ethanol electro-oxidation. However, the result of C-C bond breaking was not converted to CO2 product totally, due to strongly adsorption of CO intermediate product on surface of PtRh. Therefore, it was only slightly increase of the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction (EOR) over PtRh/C compared to commercial Pt/C reference catalyst. Addition of CeO2 to the carbon supported catalyst improved the activity of catalysts in C-C bond breaking and improved the selectivity by promoted the oxidation of CO intermediate product to CO2 on Pt surface. The ceria effect was associated to the capabilities of ceria to provide oxygen on Pt surface that finally could improve activity and selectivity of the catalyst in ethanol oxidation reaction. Addition of Rh and CeO2 to the carbon supported catalyst improved the activity of catalysts in C-C bond breaking and improved the selectivity for CO2 formation. The improvements of activity and selectivity of the catalyst is due to a synergistic effect.In the real fuel cell, improvement of an activity in electrochemical cell measurement was also obtained by in-situ differential electrochemical mass spectrometry. Increase in activity over ceria modified catalyst also led to increase in selectivity for CO2 formation. Increasing in activity was indicated by increment of Faradaic current and the increasing selectivity of the catalysts to the CO2 formation was indicated by increment of the CO2 current efficiency. Both increasing of the activity and selectivity were occurred at low potential less than 0.6 V vs. RHE Increasing activity of ethanol oxidation over ceria modified Pt-based catalysts in comparison to reference catalyst (20% Pt/C ) at potential 0.6 V and temperature 90oC are: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 5.99%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 3.89%, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 19.6%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 26.3%. The product of the ethanol oxidation reaction over Pt/C, PtCeO2/C, PtRh/C and PtRhCeO2/C which was investigated by in-situ DEMS were CO2, acetaldehyde, methane, ethane. Meanwhile, acetic acid was not detected by DEMS due to low volatility. CO2 current efficiency (CCE) was represented the selectivity to CO2 formation of ethanol oxidation. Increasing CCE over ceria modified Pt-based catalysts in comparison to reference catalyst (20% Pt/C ) at potential 0.6 V and temperature 90oC are: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 20%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 19 %, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 27%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 24%

Abstrak :
Direct oxidation fuel cells (DOFCs) telah banyak menarik perhatian sebagai alternative pengganti dari hydrogen-fuel cell dikarenakan lebih mudah penanganan dan transportasi bahan bakarnya. Penggunaan bahan bakar cair pada DOFC akan lebih sederhana dibandingkan hydrogen dan tidak memerlukan infrastruktur baru pada trasnportasi bahan bakarnya. Ethanol adalah salah satu kandidat bahan bakar untuk DOFC yang mempunyai kelebihan diantaranya : tidak beracun, sebagai bahan bakar terbaharukan, dan mempunyai kerapatan energi yang tinggi. Akan tetapi penggunaan ethanol pada direct ethanol fuel cell (DEFC) dihadapkan pada permasalahan utama yaitu kesulitan untuk memutus ikatan C-C pada ethanol dimana reaksi oksidasi akan terjadi secara parsial sehingga energi listrik yang dihasilkan tidak maksimal . Untuk memecahkan masalah tersebut maka penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan katalis anoda berbasiskan platina berpenyangga karbon untuk oksidasi ethanol yang mampu memutus ikatan C-C menuju reaksi oksidasi total. Tujuan khusus yang pertama pada penelitian ini adalah studi pengaruh penambahan rhodium pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Tujuan khusus kedua adalah studi pengaruh penambahan ceria pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Sedangkan tujuan khusus ketiga adalah studi pengaruh penambahan rhodium dan ceria bersama-sama pada katalis platina berpenyangga karbon terhadap aktivitas dan selektivitas katalis untuk oksidasi ethanol. Metoda penelitian terdiri dari beberapa aktivitas yaitu: sintesis katalis, karakterisasi fisik katalis, karakterisasi elektrokimia, perakitan membrane electrode assembly (MEA), pengukuran on-line dengan teknik differential electrochemical mass spectrommtery (DEMS) dan uji kinerja fuel cell susunan tunggal. Ceria disintesis menggunakan teknik precipitasi konvensional dengan dua tahap. Sebagai pembanding pada penelitian ini juga digunakan ceria komersial dari Alfa Aesar. Preparasi katalis (Pt-CeO2/C, Pt-Rh/C and Pt-Rh-CeO2/C) dilakukan dengan teknik koloid menggunakan ethylene glycol sebagai reduktan. Semua katalis di preparasi dengan target 20% berat platinum. Katalis yang telah di preparasi kemudian di karakterisasi dengan SEM-EDX untuk menganalisa morphologi permukaan katalis, dengan XRD untuk menganalisa kristalinitas dan struktur katalis, dan transmission elektron mikroskopy (TEM) untuk mengukur diameter partikel dan distribusinya. Dari hasil karakterisasi fisik diketahui bahawa ceria yang disintesa adalah berbentuk kristal sama dengan ceria komersial dengan diameter kristal 9 nm, sedangkan diameter ceria komersial adalah 19 nm. Ukuran diameter partikel katalis Pt-CeO2/C and Pt-Rh-CeO2/C adalah sekitar 2-3.5 nm dan terdistribusi merata dengan sedikit agglomerasi. Dari hasil EDX diketahui bahwa semua elemen katalis terdeteksi. Karakterisasi elektrokimia dilakukan dengan normal cyclic voltammetry, chronoamperommetry, and cyclic voltammetry pada media asam dan basa. Karakterisasi elektrokimia dilakukan untuk menginvestigasi aktivitas katalis yang dinyatakan dengan arus faraday yang dihasilkan pada uji setengah sel. Uji DEMS dilakukan untuk investigasi aktivitas katalis dan selektivitas pembentukan CO2 yang telah dirakit dalam susunan fuel cell. Katalis PtCeO2/C dan PtRhCeO2/C yang disintesis dengan metoda koloid meningkatkan aktivitas dan selektivitas terhadap pembentukan CO2 pada elektrooksidasi ethanol yang mengarah kepada reaksi oksidasi total pada pengujian di direct ethanol fuel cell (DEFC). Penambahan rhodium (Rh) pada katalis Pt/C meningkatkan kemampuan untuk memutus ikatan C-C pada ethanol. Akan tetapi hasil pemutusan ikatan C-C tersebut tidak semua di konversi menjadi CO2 di sebabkan adsorpsi CO pada permukaan Rh yang kuat, sehingga peningkatan activitas dan selektivitas katalis tersebut tidak terlalu besar. Penambahan CeO2 pada katalis Pt/C meningkatkan kemampuan katalis untuk memutus ikatan C-C pada elektro-oksidasi ethanol, sekaligus meningkatkan kemampuan katalis untuk mengoksidasi lanjut CO intermediate product menjadi CO2. Peningkatan aktivitas dan selektivitas katalis tersebut disebabkan fungsi CeO2 sebagai pendonor oksigen kepada permukaan platina, sehingga dengan adanya oksigen yang cukup pada permukaan platina meningkatkan kemampuan memutus ikatan C-C dan meningkatkan kemampuan mengkonversi CO menjadi CO2. Penambahan Rh dan CeO2 secara bersama-sama meningkatkan activitas dan selektivitas katalis pada reaksi elektro-oksidasi ethanol. Peningkatan tersebut lebih besar dibandingkan jika hanya di tambah rhodium saja ataupun hanya ditambahkan CeO2 saja. Penambahan keduanya tersebut akan bersinergi sehingga meningkatkan aktivitas dan selektivitas katalis PtRhCeO2/C. Peningkatan aktivitas katalis yang disintesis (in-house) terhadap katalis referensi Pt/C pada potential 0,6 V dan suhu operasi 90oC adalah : 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 5.99%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 3.89%, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 19.6%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 26.3%. Peningkatan selektivitas katalis yang di sintesis (in-house) untuk pembentukan CO2 terhadap katalis referensi Pt/C pada potensial 0,6 V suhu operasi 90oC adalah: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 20%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 19 %, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 27%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 24%. Direct oxidation fuel cells (DOFCs) have recently attracted major attention, as an alternative to hydrogen fuel cells, mainly due to easier fuel storage and handling. The organic liquids used for DOFCs are much simpler to handle than gaseous hydrogen and also in many cases do not require any new distribution infrastructure. Ethanol is one of the fuel candidates for direct oxidation fuel cell (DOFC). The advantages of ethanol are due to non toxicity, renewability and high energy density. Unfortunately, utilization of ethanol as fuel in direct ethanol fuel cell (DEFC) is still covered by main problem which is slow kinetic reaction due to difficult to break C-C bond in ethanol. In order to solve this main problem in ethanol electro-oxidation reaction (EOR) the research work is aimed to develop and investigate an anode catalyst base on carbon supported platinum catalyst for ethanol electro-oxidation in direct ethanol fuel cell (DEFC) which capable to promote in breaking C-C bond toward total oxidation reaction of ethanol. First specific objective of the research is to study the effect of Rhodium on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. The second specific objective is to study the effect of CeO2 on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. Moreover, the third specific objective of the research work is to study the effect of Rh and CeO2 addition on carbon supported Pt catalysts to the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction. The research methodology was comprised of activities: catalyst syntheses, physical characterization, electrochemical characterization, membrane electrode assembly (MEA), in-situ differential mass spectrometry and fuel cell test in single cell setup. CeO2 nano-size particle material was prepared by two step conventional precipitation (in-house CeO2) and for comparison purpose; we also used commercial CeO2 purchased from Johnson Mattews. Preparation of catalysts (Pt-CeO2/C, Pt-Rh/C and Pt-Rh-CeO2/C) was carried out by colloidal method using ethylene glycol reductant agent. All of catalysts synthesized with 20 weight percent of Pt loading. New developed catalysts then characterized by SEM-EDX to analyze the morphology of catalysts, X-ray diffraction (XRD) to analyze the crystallography, and transmission electron microscopy (TEM) to investigate the particle size and particle dispersion. Physical characterizations result indicated that in-house CeO2 was a crystallite as CeO2 commercial was with the particle size diameter of about 9 nm, meanwhile the particle size diameter of commercial CeO2 about 19 nm. Particle size diameter of Pt-CeO2/C and Pt-Rh-CeO2/C catalysts was about 2-3.5 nm and well dispersed with light agglomeration. Energy dispersive of X-Ray (EDX) analysis shows that all of element in the catalyst was detected. Electrochemical characterization was carried out by normal cyclic voltammetry, chronoamperommetry, and cyclic voltammetry in present of ethanol either in acid or alkaline medium. Electrochemical characterization is to investigate the activity of the catalyst correlated to the Faradaic current which obtained in half cell/model electrode. In-situ differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) was conducted to further investigate the activity and selectivity of ethanol electrooxidation over PtCeO2/C and PtRhCeO2/C in real fuel cell setup. New developed catalysts of PtCeO2/C and PtRhCeO2/C which was synthesized by colloidal method improved the activity and selectivity to CO2 product in ethanol electro-oxidation toward total oxidation reaction in direct ethanol fuel cell. Whereas, effect addition of rhodium in the catalyst was to improve capability in C-C bond breaking, while effect addition of CeO2 in the catalyst was to donor oxygen onto Pt surface to break C-C bond and to promote COads intermediate to the CO2 product on the surface of platinum. Addition of rhodium to the carbon supported Pt catalyst improved in C-C bond breaking in ethanol electro-oxidation. However, the result of C-C bond breaking was not converted to CO2 product totally, due to strongly adsorption of CO intermediate product on surface of PtRh. Therefore, it was only slightly increase of the activity and selectivity of ethanol electro-oxidation reaction (EOR) over PtRh/C compared to commercial Pt/C reference catalyst. Addition of CeO2 to the carbon supported catalyst improved the activity of catalysts in C-C bond breaking and improved the selectivity by promoted the oxidation of CO intermediate product to CO2 on Pt surface. The ceria effect was associated to the capabilities of ceria to provide oxygen on Pt surface that finally could improve activity and selectivity of the catalyst in ethanol oxidation reaction. Addition of Rh and CeO2 to the carbon supported catalyst improved the activity of catalysts in C-C bond breaking and improved the selectivity for CO2 formation. The improvements of activity and selectivity of the catalyst is due to a synergistic effect.In the real fuel cell, improvement of an activity in electrochemical cell measurement was also obtained by in-situ differential electrochemical mass spectrometry. Increase in activity over ceria modified catalyst also led to increase in selectivity for CO2 formation. Increasing in activity was indicated by increment of Faradaic current and the increasing selectivity of the catalysts to the CO2 formation was indicated by increment of the CO2 current efficiency. Both increasing of the activity and selectivity were occurred at low potential less than 0.6 V vs. RHE Increasing activity of ethanol oxidation over ceria modified Pt-based catalysts in comparison to reference catalyst (20% Pt/C ) at potential 0.6 V and temperature 90oC are: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 5.99%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 3.89%, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 19.6%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 26.3%. The product of the ethanol oxidation reaction over Pt/C, PtCeO2/C, PtRh/C and PtRhCeO2/C which was investigated by in-situ DEMS were CO2, acetaldehyde, methane, ethane. Meanwhile, acetic acid was not detected by DEMS due to low volatility. CO2 current efficiency (CCE) was represented the selectivity to CO2 formation of ethanol oxidation. Increasing CCE over ceria modified Pt-based catalysts in comparison to reference catalyst (20% Pt/C ) at potential 0.6 V and temperature 90oC are: 20% PtCeO2/C (in-house CeO2): 20%, 20% PtCeO2/C (commercial CeO2): 19 %, 20% PtRhCeO2/C (in-house CeO2): 27%, 20% PtRhCeO2/C (Commercial CeO2): 24%.