## Kajian Simulasi Dinamika Molekul Adsorpsi Hidrogen pada Carbone Nanotube dengan Variasi Chirality

## dan Temperatur Menggunakan Kode LAMMPS
Erika Marinda Mufida a , Sri Wahyu Suciyati b , Gurum Ahmad Pauzi c , dan Amir
Supriyanto
Jurusan Fisika, Universitas Lampung, Bandar Lampung, Indonesia, 35141
Article Information Abstract
Article history:
Received April 20th, 2021
Received in revised form May 10th, 2021 Accepted May 17th, 2021

## Keywords:
Molecular Dynamics Simulation, Adsorption,
LAMMPS, Avogadro, VMD.
Hydrogen  adsorption  has  been  simulated  on  carbon  nanotubes  for  optimum hydrogen absorption. Parameters that  affect  the  amount of hydrogen absorbed have been studied, such as the effect of chirality and temperature on hydrogen absorption in CNTs. The simulation method of hydrogen adsorption on carbone nanotubes uses molecular dynamics simulation code LAMMPS, applies Lennard- Jones interatomic potential and hydrogen atom movement using Van Der Waals force with Microcanonical Ensemble. Data analysis is the output of LAMPS in the form  of  data  in  XYZ  format.  The  data  contains  information  in  the  form  of integration  steps,  number  of  atoms,  temperature,  pressure,  potential  energy, kinetic  energy,  volume,  van  der  waals  energy,  total  simulation  time  and hydrogen absorption. The simulation results show that the optimum absorption occurs  at  run  10000  and  a  temperature  of  100  K,  for  armchair  chirality  of  10 atoms,  chirality  of  12  atoms  and  zigzag  chrality  of  5  atoms.  Formation  of hydrogen  coordinates  with  Avogadro  software,  formation  of  CNT  coordinates with  VMD  software  and  visualization  of  hydrogen  adsorption  on  CNTs  using VMD software. Informasi Artikel

## Abstrak
Proses artikel: Diterima 20 April 2021
Diterima dan direvisi dari 10 Mei 2021 Accepted 17 mei 2021

## Kata kunci:
Simulasi Dinamika Molekul, Adsorpsi, LAMMPS, Avogadro, VMD.
Telah  disimulasikan  adsorpsi  hidrogen  pada carbone  nanotube untuk penyerapan  optimum  hidrogen.  Parameter  yang  mempengaruhi  banyaknya hidrogen  terserap  telah  dikaji,  seperti  pengaruh chirality dan  temperatur terhadap penyerapan hidrogen pada CNT. Metode simulasi adsorpsi hidrogen pada carbone  nanotube menggunakan  simulasi  dinamika  molekul  kode LAMMPS,  menerapkan  potensial  interatomik Lennard-Jones dan pergerakan atom  hidrogen  menggunakan  gaya Van  Der  Waals dengan Ensemble Mikrokanonikal . Data analisis merupakan keluaran dari LAMMPS berupa data dengan  format XYZ. Data  tersebut  berisi  informasi    berupa step  integrasi , jumlah  atom,  temperatur,  tekanan,  energi  potensial,  energi  kinetik,  volume, energi van  der  waals ,  total  waktu  simulasi  dan  penyerapan  hidrogen.  Hasil simulasi  menunjukkan  bahwa  penyerapan  optimum  terjadi  pada run 10000 dan  temperatur  100  K,  untuk chirality  armchair sebesar  10  atom, chirality chiral sebesar 12  atom  dan chrality  zigzag sebesar  5  atom.  Pembentukkan koordinat  hidrogen  dengan software Avogadro,  pembentukan  koordinat  CNT dengan sofware VMD  dan  visualisasi  adsorpsi  hidrogen  pada  CNT menggunakan software VMD.

## 1. Pendahuluan
Salah  satu  energi  alternatif  yang  diminati  oleh  para  peneliti  adalah  hidrogen  (Dzulfahmi,  2012).  Hidrogen adalah unsur yang terkandung di alam, sumber energi bersih namun tidak dapat ditambang seperti sumber energi konvensional  BBM  (Bahan  Bakar  Minyak).  Sedikitnya  unsur  polutan  yang  dihasilkan  oleh  hidrogen  merupakan suatu kelebihan untuk menjadi sumber energi masa depan yang terbarukan (Chandrasa, 2009). Gas hidrogen ( H 2 ) merupakan  gas  yang  memiliki  kelimpahan  paling  besar  yaitu  75%  penyusun  alam  semesta  dan  hampir  90% membentuk unsur di alam.  Di bumi hidrogen bersenyawa dengan unsur oksigen membentuk senyawa H 2 O yang sering disebut dengan air (Afief dan Isana, 2017). Gas hidrogen cocok untuk konversi energi tanpa menghasilkan

## JOURNAL OF ENERGY, MATERIAL, AND INSTRUMENTATION TECHNOLOGY
Journal Webpage https://jemit.fmipa.unila.ac.id/
Journal of Energy, Material, and Instrumentation Technology, Vol 2. No. 2, 2021
Mufida  EM,  Suciyati  SW,  Pauzi  GA,  dan  Supriyanto  A,  2021, Kajian  Simulasi  Dinamika  Molekul  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbone  Nanotube dengan  Variasi Chirality dan  temperatur  Menggunakan  Kode  LAMMPS , Journal  of  Energy,  Material,  and Instrumentation Technology , Vol. 2 No. 2, 2021
emisi karbon, karena gas hidrogen  ( H 2 ) mempunyai gravimetrik densitas energi yang tertinggi diantara beberapa bahan bakar lainnya (Hakim dan Marsalin, 2016).
Membuat  bahan  bakar  dari  hidrogen  lebih  mudah,  akan  tetapi  kendala  yang  harus  di  hadapi  antara  lain hidrogen  harus  disimpan  terlebih  dahulu  sebelum  diproduksi  menjadi  bahan  bakar  (Saputri,  2018).  Sedangkan kekurangannya  adalah  sering  mengalami  kebocoran  pada  tangki  (Kurniady  dkk,  2014).  Persoalan  penyimpanan hidrogen dapat diatasi dengan menyimpan hidrogen pada karbon yang merupakan material berpori, biaya operasi relatif  murah,  molekul  yang  cukup  ringan  membuat  atom  karbon  sangat  cocok  sebagai  media  penyimpanan hidrogen dengan total tangki penyimpanan yang ringan (Prasodjo, 2010).
Adsorpsi secara umum adalah substansi terlarut dalam larutan yang mengalami proses penggumpalan oleh permukaan suatu benda atau zat penyerap, sedangkan absorpsi terjadi ketika zat padat dimasuki oleh bahan yang mengumpul.  Keduanya  sering  muncul  bersamaan  dengan  suatu  proses  maka  ada  yang  menyebutnya  sorpsi (Giyatmi dkk, 2008). Adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik-menarik. Akibat koordinasi ikatan hidrogen dan  gaya Van  der  Waals .  Pada  saat  permukaan  adsorben  dan  adsorbat  terikat  oleh  gaya Van  der  Waals ,  maka terjadilah adsorpsi fisis (Widayatno dkk, 2017). Karakteristik penting suatu sistem Penyimpanan Hidrogen antara lain  reversibilitas  penyerapan  dan  pelepasan,  sehingga  pemilihan  bahan  yang  mampu  berinteraksi  dengan hidrogen,  serta  bahan  inert  menjadi  penting  (Zuttel,  2003).  Pembuatan  bahan  bakar  hidrogen  sangat  mudah, namun kendalanya pada penyimpanan hidrogen yang harus dilakukan sebelum diproduksi menjadi bahan bakar (Saputri, 2018). CNT merupakan hasil teknologi nano digunakan dalam bidang pengetahuan seperti bidang kimia, bidang elektronik dan lain-lain (Sutanti dan Yani, 2013). CNT berbentuk silinder,  dengan salah satu  ujung CNT terbuka dan ujung lain ditutup dengan fullerene penuh. Nama CNT berasal dari ukurannya, karena diameter CNT berada  di  urutan  beberapa  nanometer  (kira-kira  50.000  kali  lebih  kecil  dari  lebar  rambut  manusia)  sampai beberapa mikrometer.
Carbone  Nanotube (CNT)  merupakan  media  penyimpanan  yang  baik,  karena  memiliki  luas  permukaan  dan volume  pori  yang  besar,  melalui  pemodelan  dan  simulasi  dinamika  molekuler  dapat  dianalisis  energi  interaksi adsorpsi  hidrogen  dengan  CNT  (Lago,  2016).  Dinamika  molekul  merupakan  metode  simulasi  dengan  komputer yang  memungkinkan  representasi  molekul  atom  dalam  periode  waktu  tertentu  (Astuti  dan  Mutiara,  2009). Penelitian  Dzulfahmi  (2012)  menggunakan  simulasi  dinamika  molekuler  adsorpsi  hidrogen  pada  CNT  dengan variasi penyerapan dua puluh molekul hidrogen pada tempratur 10 K. Penelitian lain mengenai adsorpsi hidrogen pada carbon  nanotube juga dilakukan  oleh  Santoso,  2012  mengenai  “Simulasi  Dinamika  Molekuler  Adsorpsi Hidrogen  Pada Carbone  Nanotubes (CNT)  menggunakan  variasi chirality dengan chairlity yang  digunakan  adalah hasil variasi dari penelitian maruyama (2000) yaitu sebesar (8,8), (10,10) dan (12,12). Jabbar, pada tahun 2012 juga melakukan penelitian adsorpsi hidrogen pada CNT dengan variasi temperatur 253 K, 273 K dan 293 K, hasil penyerapan  hidrogen  yang  diperoleh  pada  temperatur  253  K  lebih  baik  dari  temperatur  273  K  dan  293  K. Penelitian  lain  tentang  adsorpsi  hidrogen  pada graphene dilakukan  oleh  Kurniady  dkk,  2014  yang  menganalisis pengaruh suhu, tekanan dan ukuran pori graphene terhadap dinamika molekuler. Hasil penelitian Kurniady dkk,
(2014) dengan  dua  iterasi  berbeda  yakni  100000  dan  150000,  dimana  lebar  pori-pori  yang  digunakan  adalah variasi yang pernah digunakan pada penelitian Julio A. Alonso sebesar 6, 8 dan 10 Å . Avogadro merupakan editor dan visualisasi molekul tingkat lanjut, dirancang untuk digunakan dalam kimia komputasi (Rayan dan Rayan, 2017). Visual Molecular Dynamic s (VMD) merupakan program grafik molekuler yang dirancang  untuk  tampilan  dan  analisis  perakitan  molekul.  VMD  ditulis  dalam  C++,  menggunakan  desain berorientasi objek, program, termasuk kode sumber dan dokumentasi ekstensif (Humphrey dkk, 1996). LAMMPS ( Large-scale  Atomic/Molecular  Massively  Parallel  Simulator )  adalah  sebuah  perangkat  lunak open  source yang dikembangkan  oleh Sandia  National  Laboratories (Hidayat,  2019).  LAMMPS  mengintegrasikan  persamaan  gerak Newton untuk kumpulan atom, molekul, atau partikel makroskopik yang berinteraksi melalui gaya jarak pendek atau jarak jauh dengan variasi kondisi awal atau batas.
Tujuan simulasi dinamika molekul pada artikel ini adalah memprediksi adsorpsi hidrogen pada CNT melalui variasi ukuran CNT untuk penyimpanan hidrogen menggunakan LAMMPS. Kajian simulasi dinamika molekul ini, antara  lain  menganalisis  file  output  LAMMPS  berupa  data  energi  interaksi,  tekanan  dan  waktu  simulasi,  serta menganalisis  hasil  simulasi  adsorpsi  hidrogen  pada  CNT  berupa  visualisasi  tiga  dimensi  pada software VMD ( Visual  Molecular  Dynamics ).  Hasil  yang  diharapkan  berupa  kode  perangkat  lunak  LAMMPS  yang  berkoordinasi dengan software Avogadro dan VMD.

## 2. Metode Penelitian
Pelaksanaan  penelitian  dilakukan  di  Laboratorium  Elektronika  Dasar  Jurusan  Fisika  Fakultas  Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah komputer yang diinstal  sistem  operasi  windows  2010  pro  dengan  RAM  4  GB    dan  processor  intel  core  i5-8250U.  Untuk  bahan yang  digunakan  adalah software program  LAMMPS  dan Command  Prompt serta software Avogadro  dan  VMD. Prosedur  penelitian  yang  dilakukan  terdiri  dari  langkah  simulasi  pada software Avogadro,  VMD  dan  program LAMMPS. Secara umum prosedur penelitian ditunjukkan pada Gambar 1 .
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian

## 2.1 Prosedur Simulasi
Program Avogadro . Membuat inisialisasi atom dan molekul hidrogen dengan meletakkan posisi atom hidrogen pada posisi awal secara bebas.
Gambar 2. Pembentukkan Hidrogen pada Avogadro
Pada  program  Avogadro  setelah  diperoleh  koordinat  maka  di  dapat output  file  yang  berisi  koordinat  sumbu x,  y dan z. Koordinat dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan simulasi.
Program VMD. Membuat inisialisasi koordinat atom Carbon Nanotube serta memvisualisasikan hasil simulasi seperti pada Gambar 3 .
Mufida  EM,  Suciyati  SW,  Pauzi  GA,  dan  Supriyanto  A,  2021, Kajian  Simulasi  Dinamika  Molekul  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbone  Nanotube dengan  Variasi Chirality dan  temperatur  Menggunakan  Kode  LAMMPS , Journal  of  Energy,  Material,  and Instrumentation Technology , Vol. 2 No. 2, 2021

## Gambar 3. Pembentukan CNT pada VMD
Langkah  selanjutnya  adalah  menggabungkan  output  geometri  Hidrogen  dari  Avogadro  atau  memasukkan output file yang berisi koordinat hidrogen kedalam VMD, dimana output file CNT juga sudah ada di VMD. Setelah Carbon Nanotube dapat bersatu dengan Hidrogen maka penulis dapat menyesuaikan jarak antara hidrogen dengan karbon seperti pada Gambar 4 .
Gambar 4. Penggabungan CNT dengan Hidrogen pada VMD
Program LAMMPS. Pembentukan input script yang digunakan dalam simulasi LAMMPS menggunakan piranti Notepad++  yang  disimpan  dengan ekstensi  “in”.  Input  script  LAMMPS  berisi  informasi  yang  harus  diberikan sebelum simulasi. Menjalankan file input melalui command prompt , dengan membuka folder tempat penyimpanan file input script melalui command prompt kemudian melakukan run dengan mengetikkan “lmp_serial –i (nama file)” lalu enter. Hasil output yang diperoleh terdapat dua jenis file yaitu file dump untuk visualisasi dan file log.lammps untuk menganalisis hasil adsorpsi hidrogen pada CNT, salah satunya waktu dalam simulasi.

## 2.2. Metode Analisis
Sebelum menggunakan software LAMMPS langkah pertama pada penelitian ini yaitu pembentukan hidrogen pada software Avogadro.  Pada  Avogadro  pembentukan  hidrogen  diletakkan  secara  bebas,  kemudian  setelah diperoleh  output  file  koordinat  hidrogen  dari  Avogadro,  penelitian  di  lanjutkan  dengan  pembentukan  CNT  pada sofware VMD.  Setelah  di  peroleh  output  file  koordinat  CNT  pada  VMD,  selanjutnya  menggabungkan  output  file koordinat hidrogen, dimana kedua material menggunakan koordinat x, y dan z. Kemudian keduanya digabungkan melalui VMD pada menu Extensions pada VMD dan memilih opsi Tk Console . Setelah  output  file  koordinat  hidrogen  dan  koordinat carbon  nanotube berhasil  tergabung  maka  di  peroleh data file yang dapat digunakan sebagai read data untuk input script pada LAMMPS. Setelah berhasil running maka diperoleh  dua  jenis  output  file  yaitu  “ log.lammps” yang  berisi  data  untuk  menganalisis  hasil  simulasi  adsorpsi
hidrogen  dan  mengetahui  jumlah  tekanan,  energi  dan  parameter-parameter  lain  yang  mempengaruhi  simulasi adsorpsi hidrogen.  Output  file  kedua  yaitu  “ dump” yang  merupakan  data  untuk  visualisasi  hasil  simulasi, kemudian  di  visualisasikan  pada  VMD  dan  di  peroleh  hasil  visualisasi  seperti Gambar  5 .  Hasil  visualisasi merupakan gambar bergerak, dimana atom-atom hidrogen akan masuk kearah dalam CNT melalui pori-pori CNT yang  memuai akibat di  berikan  suhu  panas,  sesuai dengan  fisisorpsi  atom-atom  hidrogen  akan di  tahan secara bebas pada permukaan dalam CNT.
Gambar 5. Contoh visualisasi simulasi adsorpsi hidrogen pada VMD

## 3. Hasil Dan Pembahasan

## 3.1 Hasil dan Data Pengamatan
Hasil  output  simulasi  menggunakan  kode  LAMMPS  berupa  file log.lammps dan  file dump. File log.lammps berisi  data-data  informasi  yang  diperoses  oleh  LAMMPS.  Data  tersebut  berupa  parameter-parameter  yang  kita inginkan  dalam  simulasi  dan  file dump merupakan  file  yang  akan  digunakan  sebagai  file  intput  pada software VMD untuk menampilkan visualisasi hasil simulasi adsorpsi hidrogen pada CNT. Terdapat tiga jenis struktur pada CNT yang disebut dengan index chirality armchair , chiral dan zigzag dengan masing-masing nilai index m berbeda sesuai  dengan  ketentuan  penggulungan  CNT.  Penyerapan  optimum  terjadi  pada run 10000  dan  penyerapan optimum index  chirality  armchair pada  temperatur  100  K, chirality  chiral pada  temperatur  100  K  dan chirality zigzag pada temperatur 100 K. Metode simulasi adsorpsi hidrogen pada CNT ini menggunakan simulasi dinamika molekul kode LAMMPS dengan potensial interatomik Lennard-Jones dan gaya Van der Waals.

## 3.2 Simulasi Adsorpsi Hidrogen pada CNT
Hasil output LAMMPS berupa file log.lammps dan file dump , kemudian dianalisis menggunakan grafik Excel. Pada penelitian ini terdapat tiga run yang digunakan yaitu run 10000, run 20000 dan run 30000 dengan tiga index chirality yaitu armcahir dengan nilai index n sebesar 10 nm, m sebesar 10 nm dan diameter 11,28 nm, chirality chiral memiliki  nilai  n  sebesar  10  nm,  m  sebesar 6  nm, diameter sebesar  9,11  nm  dan chirality  sigzag memiliki nilai n sebesar 10 nm, m sebesar 0 nm dan diameter sebesar 6,51 nm.  Perhitungan diameter CNT dapat dilihat pada Persamaan 1 .
𝑑 = 𝑎 𝜋 √(𝑛 2 + 𝑛𝑚 + 𝑚 2 )
(1)
Pada Persamaan  1 , nilai 𝑎 sebesar 2.046 nm dan n, m merupakan vektor kiral pada SWNT ( Single Walled Carbone Nanotube ) atau CNT yang digunakan pada simulasi.
1. Variasi suhu untuk chirality armchair . Analisis pada index chirality armcahair dengantemperatur 100 K, 200 K dan 300 K dapat dilihat pada Gambar 6.
Mufida  EM,  Suciyati  SW,  Pauzi  GA,  dan  Supriyanto  A,  2021, Kajian  Simulasi  Dinamika  Molekul  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbone  Nanotube dengan  Variasi Chirality dan  temperatur  Menggunakan  Kode  LAMMPS , Journal  of  Energy,  Material,  and Instrumentation Technology , Vol. 2 No. 2, 2021
Gambar 6. Grafik temperatur terhadap jumlah hidrogen terserap chirality armchair
Berdasarkan  metode  simulasi  menggunakan  gaya Van  der  Waals, pada Gambar  6 yang  merupakan  grafik temperatur  terhadap  jumlah  hidrogen  terserap  dengan  Run  10000,  20000  dan  30000  pada chirality armchair dapat  dilihat  bahwa  semakin  tinggi  temperatur  semakin  kecil  kapasitas  penyerapan  hidrogen,  karena  semakin tinggi  temperatur  gaya  tarik-menarik  ( Van  der  Waals )  antara  hidrogen  dan  CNT  semakin  lemah.  Dengan  tinggi temperatur 100 K, 200 K dan 300 K, saat run 10000, hidrogen yang terserap berturut-turut sebesar 10 atom, 5 atom dan 4 atom. Lalu run menjadi 20000, hidrogen terserap berturut-turut sebesar 6 atom, 2 atom, 1 atom dan saat run 30000 adsorpsi hidrogen sebesar 2 atom, 1 atom dan 0 atom.
2. Variasi suhu untuk chirality chiral. Analisis pada index chirality chiral dengan tinggi temperatur berturut-turut 100 K, 200 K dan 300 K dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik temperatur terhadap jumlah hidrogen terserap chirality chiral
Berdasarkan Gambar 7 , run 10000, 20000 dan 30000 dengan tinggi temperatur yaitu 100 K, 200 K dan 300 K, diperoleh kapasitas adsorpsi hidrogen pada chirality chiral pada run 10000 berturut-turut sebesar 12 atom, 11 atom  dan  10  atom. Run 20000  sebesar  10  atom,  9  atom  dan  8  atom.  Terakhir  dengan run 30000  kapasitas adsorpsi setiap temperatur berturut-turut sebesar 10 atom, 7 atom dan 6 atom.
3. Variasi suhu untuk chirality zigzag. Analisis pada index chirality zigzag , dengan tinggi temperatur berturut- turut 100 K, 200 K dan 300 K dapat dilihat pada Gambar 8.
0 2 4 6 8 10 12 100 200 300 Run 10000 Run 20000 Run 30000 Adsorpsi Hidrogen Chirality Armchair Hi d ro g en T er ser a p ( a to m ) Temperatur (K) 0 2 4 6 8 10 12 14 100 200 300 Run 10000 Run 20000 Run 30000 Adsorpsi Hidrogen Chirality Chiral Hi d ro g en T er ser a p (a to m ) Temperatur (K)
Mufida dkk, 2021/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 2 No. 2, 2021
Gambar 8. Grafik temperatur terhadap jumlah hidrogen terserap chirality zigzag
Pada Gambar  8 dengan run 10000,  20000  dan  30000  temperatur  yang  digunakan  pada  simulasi  sama seperti  grafik sebelumnya  yaitu  100  K,  200  K  dan  300  K.  Kapasitas  adsorpsi  pada chirality  zigzag run 10000 berturut-turut pada setiap temperatur sebesar 5 atom, 3 atom dan 1 atom. Saat run 20000 berturut-turut sebesar 1 atom 0 atom dan 0 atom. Saat run 30000 pada semua temperatur tidak ada hidrogen yang teradsorpsi atau 0 atom.
4. Suhu atau temperatur terbaik pada setiap variasi chirality. Terdapat tiga variasi chirality pada penelitian, yaitu armchair, chiral dan zigzag dengan tiga variasi run dapat dilihat pada Gambar 9 .
Gambar 9. Grafik penyerapan hidrogen terhadap variasi chirality pada suhu terbaik
Pada Gambar  9 terlihat  variasi chirality pada  suhu  terbaik  atau  menjadi  penyerapan  optimum  dalam simulasi dengan tinggi suhu yaitu 100 K dan tiga variasi run berbeda yaitu run 10000, 20000 dan 30000. Untuk chirality armchair adsorpsi hidrogen optimum pada setiap run berturut-turut 10 atom, 6 atom dan 2 atom, chirality chiral berturut-turut 12 atom, 10 atom dan 10 atom, chirality zigzag sebesar 5 atom, 1 atom dan run 30000 pada chirality zigzag tidak ada hidrogen terserap (0 atom).
5. Pengaruh run terhadap chirality terbaik ( chirality chiral ) dan variasi temperatur. Analisis pada temperatur yang digunakan dalam penelitian yaitu 100 K, 200 K dan 300 K dan run 10000, 20000 dan 30000 dapat dilihat pada Gambar 10 .
-1 0 1 2 3 4 5 6 100 200 300 Run 10000 Run 20000 Run 30000 Adsorpsi Hidrogen Chirality Zigzag Hi d ro g en T er ser a p ( a to m ) Temperatur (K) 0 2 4 6 8 10 12 14 Armchair chiral zigzag Run 10000 Run 20000 Run 30000 Index Chirality Hi d ro g en T er ser a p (a to m ) Adsorpsi Hidrogen  Pada Suhu Terbaik T = 100 K
Mufida  EM,  Suciyati  SW,  Pauzi  GA,  dan  Supriyanto  A,  2021, Kajian  Simulasi  Dinamika  Molekul  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbone  Nanotube dengan  Variasi Chirality dan  temperatur  Menggunakan  Kode  LAMMPS , Journal  of  Energy,  Material,  and Instrumentation Technology , Vol. 2 No. 2, 2021
Run 10000 Run 20000 Run 30000 Gambar 10 . Pengaruh Run terhadap chirality chiral dan variasi temperatur
Pada penelitian ini terdapat tiga variasi running yang digunakan yaitu 10000, 20000 dan 30000 dengan tiga variasi chirality yaitu armchair , chiral dan zigzag ,  serta  tiga  variasi  temperatur  yaitu  100  K,  200  K  dan  300  K. Diantara tiga variasi chirality , chirality chiral merupakan yang terbaik dalam penyerapan optimum hidrogen. Pada Gambar  10 terlihat  bahwa  setiap  variasi running pada chirality  cihral , saat  temperatur  semakin  tinggi  hidrogen yang terserap semakin sedikit dan diantara ketiga variasi running penyerapan optimum terjadi saat running 10000. Pada penelitian ini pengaruh running adalah pada waktu proses simulasi, ketika run semakin banyak maka proses simulasi penyerapan hidrogen pada CNT semakin lama. Karena suhu yang digunakan pada penelitian ini cukup besar dan semakin besar, maka semakin lama proses simulasi pori-pori CNT semakin besar akibat memuai dan gaya Van der Waals semakin lemah sehingga hidrogen yang terserap semakin sedikit.

## 3.3 Hasil Adsorpsi Hidrogen pada Carbone Nanotube
Setelah dilakukan penelitian simulasi MD adsorpsi hidrogen pada carbone nanotube kode LAMMPS, diperoleh data  hasil  simulasi  pada Tabel  1 .  Terdapat  data  input  simulai  antara  lain index  chirality ,  jumlah  atom  dan temperatur  (Kelvin)  serta  data  output  meliputi,  waktu  ( detik )  dan  penyerapan  hidrogen  (atom) . Data  berikut merupakan data penyerapan optimum hidrogen pada CNT yaitu saat run 10000.
Tabel 1. Nilai hasil simulasi adsorpsi hidrogen pada setiap index chirality run 10000
No Index Chirality n (nm) n (nm) Atom Temperatur (K) Waktu (detik) Hidrogen Terserap (Atom) 1. Armchair 10 10 100 2 10 2. 384 200 3 5 3. 300 3 4
4.
Chiral 10 6 100 4 12 5. 416 200 4 11 6. 300 5 10
7.
Zigzag 10 0 100 2 5 8.
324 200 2 3
9. 300 2 1
Jumlah atom dan nilai index n, m setiap index chirality pada penelitian ini tetap sama. Data pada Tabel 1 menunjukkan perubahan waktu pada setiap temperatur, saat temperatur semakin tinggi waktu simulasi semakin lama  atau  tetap  (konstan).  Sedangkan  hasil  penyerapan  optimum  pada  setiap chirality tepat  pada  temperatur terendah  yaitu  100  K  dan  ketika  temperatur  semakin  tinggi  hasil  penyerapan  semakin  kecil.  Pada  permukaan material karbon adsorpsi yang digunakan adalah jenis adsorpsi fisik atau fisisorpsi (Suci, 2016).
Adsorpsi  fisik  terjadi  apabila  adsorbat  dan  permukaan  adsorben  terikat  dengan  gaya Van  der  Waals saja (Widayatno  dkk,  2017).  Saat  suhu  tinggi  hidrogen  akan  lebih  cepat  bergerak  secara  bebas  pada  ruang  simulasi dengan waktu yang sesuai dengan Tabel 1 . Pengaruh suhu menyebabkan interaksi gaya Van der Waals melemah, sehingga  ketika  pergerakan  hidrogen  semakin  cepat,  maka  semakin  sulit  CNT  menyerap  hidrogen.  Saat  suhu meningkat atau lebih tinggi, maka kapasitas adsorpsi hidrogen menjadi semakin kecil (Suci, 2016).

## 3.4 Visualisasi Adsorpsi Hidrogen pada CNT
9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 100 200 300 Hi d ro g en T er ser a p ( a to m ) T 0 2 4 6 8 10 12 100 200 300 Hi d ro g en T rser a p ( a to m ) T 0 2 4 6 8 10 12 100 200 300 H id ro g en Te rser a p ( a to m ) T
VMD telah dirancang dengan kemampuan untuk menganimasikan simulasi dinamika molekuler (MD), yang diimpor dari file atau dari koneksi langsung ke simulasi MD yang sedang berjalan (Humphrey dkk, 1996). Berikut merupakan  visualisasi  VMD  penyerapan  optimum  pada run 10000  dan  temperatur  100  K  pada index  chirality armchair, chiral dan zigzag yang diberikan pada Tabel 2 .
Tabel 2. Hasil visualisasi adsorpsi hidrogen pada CNT chirality armchair, chiral dan zigzag run 10000
Index Chirality Diameter ( 𝐧𝐦 ) Temperatur ( 𝐊 ) Visualisasi Armchair 11,28 100 Chiral 9,11 100 Zigzag 6,51
100
Berdasarkan Tabel 2 , terdapat hasil visualisasi dengan dengan index  chirality yang berbeda. Masing-masing chirality memiliki nilai index n, m yang berbeda, sehingga jumlah atom juga berbeda. Armchair memiliki total atom sebesar  384  atom  dengan  360  atom  CNT  dan  24  atom  hidrogen,  kapasitas  adsorpsi  hidrogen  sebesar  10  atom. Chiral memiliki  total  atom  sebesar  416  atom,  dengan  392  atom  CNT  dan  24  atom  hidrogen,  kapasitas  adsorpsi hidrogen  sebesar  12  atom. Zigzag memiliki  total  atom  324  atom,  dengan  300  atom  CNT  24  atom  hidrogen  dan kapasitas adsorpsi sebesar 5 atom. Tekanan yang dihasilkan dari penyerapan optimum ini, saat diberi temperatur 100  K  pada chirality  armchair sebesar  1,05  atm, chirality  chiral sebesar  246,19  atm  dan chirality  zigzag sebesar 14159,03 atm. Ketiga chiralit y memiliki volume yang konstan sebesar 59140 nm dan diameter yang berbeda sesuai dengan index n dan m yang mewakili pembungkusan graphene menjadi CNT (Varshney, 2014).
Visualisasi pada VMD mendapatkan bentuk tiga dimensi dari adsorpsi, VMD juga memvisualisasikan secara presentasi video atau biasa disebut dengan visualisasi dinamis, sehingga visualisasi dapat menampilkan layaknya proses adsorpsi hidrogen pada CNT sebenarnya yang sedang berlangsung.

## 4. Kesimpulan
Metode  simulasi  adsorpsi  hidrogen  pada  CNT  menggunakan  simulasi  dinamika  molekul  kode  LAMMPS dengan  potensial  interatomik Lennard-Jones dan  gaya Van  der  Waals telah  berhasil  dilakukan . Pada  proses simulasi,  semakin  kecil  temperatur  yang  digunakan  untuk  simulasi  adsorpsi  hidrogen  pada chirality  Armcahir, Chiral dan Zigzag ,  maka  semakin  besar  hidrogen  yang  dapat  diserap.  Semkain  besar  temperatur,  semakin  kecil hidrogen yang dapat diserap. Penyerapan optimum hidrogen dengan run 10000, 20000 dan 30000 pada chirality armchair berturut-turut sebesar 10 atom, 6 atom dan 2 atom. Penyerapan optimum hidrogen dengan run 10000, 20000  dan  30000  pada chirality  chiral berturut-turut  sebesar  12  atom,  10  atom  dan  10  atom.  Penyerapan optimum  hidrogen  dengan run 10000,  20000  dan  30000  pada chirality  zigzag berturut-turut  sebesar  5  atom,  1 atom  dan  0  Atom.  Hasil  maksimum  penyerapan  hidrogen  pada  CNT  saat run 10000  dengan  tipe index  chirality chiral.

## Ucapan Terima kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Laboratorium  Elektronika Dasar dan Instrumentasi dan Ketua  Jurusan  Fisika  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam  Universitas  Lampung  yang  telah membantu dalam penyelesaian penelitian ini.
Mufida  EM,  Suciyati  SW,  Pauzi  GA,  dan  Supriyanto  A,  2021, Kajian  Simulasi  Dinamika  Molekul  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbone  Nanotube dengan  Variasi Chirality dan  temperatur  Menggunakan  Kode  LAMMPS , Journal  of  Energy,  Material,  and Instrumentation Technology , Vol. 2 No. 2, 2021

## 5. Daftar Pustaka
Afief, Abdurrohman dan Isana SYL. 2017. Produksi Gas Hidrogen Menggunakan Elektroda Stainless Steel /Fe-Co- Ni Dengan Media Tepung Biji Rambutan (Nephelium  lappaceum  l.).  Prosiding Seminar  Nasional Kimia UNY 2017. 259-268.
Astuti,  A.D  dan  A.B.  Mutiara.  2009.  Performance  Analysis  on  Molecular  Dynamics  Simulation  of  Protein  Using GROMACS. Thesis. Universitas Gunadarma.
Chandrasa,  Ganesha  Tri.  2009.  Penelitian  Hidrogen  sebagai  Bahan  Bakar  Sepeda  Motor  Listrik  yang Berkesinambungan. Prosiding Seminar Nasional Daur Bahan Bakar 2009 . 13-17.
Dzulfahmi, Ahmad. 2012. Simulasi Dinamika Molekuler Adsorpsi Hidrogen pada Carbon Nanotubes (CNT) dengan Variasi Panjang. Skripsi . Universitas Indonesia.
Giyatmi., Zaenul, Kamal, dan Damajati Melati. 2008. Penurunan Kadar Cu,Cr dan Ag Dalam Limbah Cair Industri Perak di Kotagede Setelah Diadsorpsi Dengan Tanah Liat Ddari Daerah Godean. Seminar Nasional IV SDM Teknologi Nuklir . 2-25.
Hakim,  Lukman  dan  Intan  Marsalin.  2017.  Pemanfaatan  Limbah Aluminium  Foil  Untuk  Produksi Gas Hidrogen Menggunakan Katalis Natrium Hidroksida (NaOH). Jurnal Teknologi Kimia Unimal . 6(1). 68 – 81.
Hidayat, Aulia Fikri. 2019. Studi Evolusi Struktur pada Deposisi Tembaga Dalam Substrat Silikon Dengan Metode Dinamika Molekuler. Jurnal Matematika . 18(1). 21-28.
Humphrey, William., Andrew, Dalke, dan Schulten. 1996. VMD: Visual Molecular Dynamics. Journal of Molecular Graphics. 14. 33-38.
Jabbar,  Abdul.  2012.  Simulasi  Dinamika  Molekuler  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbon  Nanotubes (CNT)  dengan Variasi Tempratur. Skripsi . Universitas Indonesia.
Kurniady,  A.,  Yoga,  Satria Putra,  dan I.  D.  Faryuni.  2014.  Studi  Analisis Pengaruh  Suhu,  Tekanan dan  Ukuran Pori Graphene Terhadap Dinamika Molekuler Adsorpsi Hidrogen. Prisma Fisika . 2(3). 59 – 66.
Lago, N Faginas., D, Yeni, F. Huarte, Y. Wang, M. Alcami dan F. Martin. 2016. Adsorption of Hydrogen Molecules on  Carbon  Nanotubes  Using  Quantum  Chemistry  and  Molecular  Dynamics. The  Journal  of  Phisical Chemistry. 1(20). 6451-6458.
Prasodjo, Prolessara. 2010. Studi Kapasitas Adsorpsi Serta Dinamika Adsorpsi dan Desorpsi dari Nanotube Karbon Sebagai Penyimpan Hidrogen. Tesis . Universitas Indonesia.
Rayan, Baraa dan Anwar Rayan. 2017. Avogadro Program for Chemistry Education: To What Extent can Molecular Visualization and Three-dimensional Simulations Enhance Meaningful Chemistry Learning?. World Journal of Chemical Education. 5(4). 136-141.
Santoso,  Mardi.  2012.  Simulasi  Dinamika  Molekuler  Adsorpsi  Hidrogen  pada Carbon  Nanotubes (CNT)  dengan Variasi Chirality. Skripsi . Universitas Indonesia.
Saputri,  Yuriska  Utagi.  2018.  Hidroksi  Lapis  Ganda  Mg-Fe  dan  Ca-Fe  Sebagai  Adsorben  Gas  Hidrogen. Skripsi . Universitas Sriwijaya.
Suci,  Farradina  Choria.  2016.  ZTC:  Sintesis,  Karakterisasi,  Mekanisme  Penyimpanan,  dan  Studi  Adsorpsi H 2 . Jurnal Ilmu dan Aplikasi Teknik . 1(1). 1-12.
Sutanti, Retno dan Susi Handayani. 2013. Studi Pengaruh Jenis dan Komposisi Katalis Pada Proses Pertumbuhan Carbon  Nanotube  (CNT).  Dengan  Metode  Catalytic  Chemical  Vapour  Deposition  (CCVD) Jurnal  Teknologi Kimia dan Industri. 2(2). 135-147.
Varshney,  Kalpna  dan  Assistant  Professor.  2014.  Carbon  Nanotubes:  A  Review  on  Synthesis,  Properties  and Applications. International Journal of Engineering Research and General Science. 7(4). 660-677.
Widayatno, Tri., Teti, Yuliawati, dan Agung Adi Susilo. 2017. Adsorpsi Logam Berat (Pb) Dari Limbah Cair Dengan Adsorben Arang Bambu Aktif. Jurnal Teknologi Bahan. 1(1). 17-23.
Mufida dkk, 2021/ J. Energy Mater. Instrum. Technol. Vol. 2 No. 2, 2021
Zuttel, Andreas. 2003. Materials For Hydrogen Storage. Review Featue . 1-33.