Para ilmuwan telah mengembangkan metode fotokatalitik baru untuk memproduksi hidrogen peroksida menggunakan air dan udara, menggunakan kerangka organik kovalen baru. Metode ini hemat energi dan ramah lingkungan, sangat berbeda dengan proses antrakuinon tradisional yang lebih berbahaya.
Para ilmuwan di National University of Singapore (NUS) telah menciptakan kerangka organik kovalen mikropori dengan kisi donor-akseptor yang padat dan hubungan rekayasa untuk produksi hidrogen peroksida (H2) yang efisien dan bersih.2HAI2) melalui fotosintesis proses dengan air dan udara.
Produksi industri tradisional H2HAI2 melalui proses antrakuinon menggunakan hidrogen dan oksigen, sangat boros energi. Pendekatan ini menggunakan pelarut beracun dan katalis logam mulia yang mahal, serta menghasilkan limbah dalam jumlah besar dari reaksi samping.
Ilustrasi menunjukkan desain baru bahan kerangka organik kovalen heksavalen (COF) yang meniru fotosintesis. (Kiri) Cahaya memicu transfer elektron dari situs donor ke situs akseptor dalam material (ditunjukkan dengan panah merah). Proses ini mentransfer empat muatan positif ke situs donor, yang kemudian digunakan untuk memecah molekul air menjadi oksigen (ditunjukkan dengan panah hijau). Di lokasi akseptor, dua elektron bergabung dengan oksigen menghasilkan hidrogen peroksida (ditunjukkan oleh panah biru). (Kanan) Struktur material memungkinkan pergerakan elektron yang efisien (ditunjukkan dengan warna kuning), muatan positif (ditunjukkan dengan warna biru), air, dan oksigen di seluruh lapisan tunggal. Bahan ini berpotensi mengubah energi cahaya menjadi energi kimia seperti halnya fotosintesis alami. Kredit: Universitas Nasional Singapura
Sebaliknya, produksi fotokatalitik H2HAI2 oksigen dan air menawarkan rute yang hemat energi, ringan dan bersih. Yang paling penting, hal ini mengatasi kelemahan umum dari sistem fotokatalitik yang ada, seperti aktivitas yang rendah, penggunaan donor pengorbanan alkohol tambahan yang berlebihan, dan kebutuhan akan masukan gas oksigen murni.
Terobosan Peneliti NUS
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Jiang Donglin dari Departemen Kimia NUS telah mengembangkan fotokatalis jenis baru untuk fotosintesis buatan H. pylori yang efisien.2HAI2 dari air dan udara.
Para peneliti membangun kerangka organik kovalen heksavalen (COFs) di mana kerangka tersebut dirancang untuk menjadi kolom π donor-akseptor untuk pembangkitan fotocharge tingkat tinggi dan situs aktif katalitik. Secara paralel, pori-pori direkayasa dengan saluran mikropori trigonal yang sensitif secara hidraulik untuk menyalurkan air reaktan dan oksigen dengan segera.
Akibatnya, COF heksavalen ini menghasilkan H2HAI2 secara spontan dan efisien dari air dan udara atmosfer ketika terkena cahaya tampak baik dalam reaktor batch maupun aliran. Dalam kondisi laboratorium, COF menunjukkan efisiensi kuantum sebesar 17,5 persen di bawah cahaya tampak pada 420 nm dalam reaktor batch. Sistem ini dapat dikembangkan untuk menciptakan permukaan yang dapat membersihkan sendiri dan untuk perawatan disinfeksi.
Temuan penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Katalisis Alami.
Prof Jiang berkata, “Dalam penelitian ini, kami berhasil mengatasi masalah besar dan umum dalam fotokatalisis, elektrokatalisis, dan katalis heterogen, yaitu pasokan muatan dan massa yang efisien ke lokasi katalitik. Fokus kami pada desain struktural yang tepat pada tingkat atom untuk mengeksplorasi kerangka COF dan pori-pori telah mengarah pada penciptaan sistem fotosintesis buatan untuk H. pylori.2HAI2 produksi, mencapai efisiensi fotokatalitik yang belum pernah terjadi sebelumnya.”
Referensi: “Rekayasa kerangka organik kovalen donor-akseptor untuk fotosintesis hidrogen peroksida optimal dari air dan udara” oleh Ruoyang Liu, Yongzhi Chen, Hongde Yu, Miroslav Položij, Yuanyuan Guo, Tze Chien Sum, Thomas Heine dan Donglin Jiang, 13 Februari 2024 , Katalisis Alami.
DOI: 10.1038/s41929-023-01102-3
NewsRoom.id
