Para peneliti di Oregon State University telah menciptakan fotokatalis yang sangat efisien yang dapat dengan cepat menghasilkan hidrogen dari sinar matahari dan air. Katalis tersebut, yang dikembangkan melalui kombinasi kerangka logam-organik dan oksida logam, merupakan kemajuan signifikan dalam produksi energi bersih. Katalis ini menjanjikan pengurangan emisi gas rumah kaca dan menyediakan alternatif berkelanjutan untuk metode produksi hidrogen tradisional, yang bergantung pada bahan bakar fosil.
Peneliti Universitas Negeri Oregon telah mengembangkan fotokatalis baru yang secara efisien menghasilkan hidrogen dari sinar matahari dan air, menawarkan alternatif yang berkelanjutan dan berpotensi hemat biaya untuk metode produksi hidrogen berbasis bahan bakar fosil tradisional.
Para peneliti di Oregon State University telah menciptakan material dengan kemampuan luar biasa untuk mengubah sinar matahari dan air menjadi energi bersih.
Sebuah kolaborasi yang dipimpin oleh Kyriakos Stylianou dari Fakultas Sains OSU menciptakan fotokatalis yang memungkinkan produksi hidrogen berkecepatan tinggi dan efisiensi tinggi, yang digunakan dalam sel bahan bakar untuk mobil serta dalam pembuatan banyak bahan kimia termasuk amonia, dalam pemurnian logam dan dalam pembuatan plastik.
Temuan ini merupakan alat baru yang potensial untuk digunakan dalam memerangi emisi gas rumah kaca dan perubahan iklim, kata Stylianou, yang penelitiannya berfokus pada bahan berpori dan kristal yang dikenal sebagai kerangka logam-organik, yang biasa disingkat MOF (Motor)Terdiri dari ion logam bermuatan positif yang dikelilingi oleh molekul “penghubung” organik, MOF memiliki pori-pori berskala nano dan sifat struktural yang dapat disesuaikan. MOF dapat dirancang dengan berbagai komponen yang menentukan sifat MOF.
Pemisahan air melalui fotokatalisis. Kredit: Kyriakos Stylianou
Dalam penelitian tersebut, para peneliti menggunakan MOF untuk menciptakan heterojunction oksida logam — gabungan dua material dengan sifat yang saling melengkapi — untuk menciptakan katalis yang, saat terkena sinar matahari, dengan cepat dan efisien memecah air menjadi hidrogen. Heterojunction, yang mereka sebut RTTA, memiliki oksida rutenium dan titanium oksida turunan MOF yang didoping dengan sulfur dan nitrogen. Mereka menguji beberapa RTTA dengan jumlah oksida yang bervariasi dan menemukan pemenang yang jelas.
Wawasan Proses Fotokatalitik
“Di antara berbagai bahan RTTA, RTTA-1, dengan kandungan oksida rutenium terendah, menunjukkan laju produksi hidrogen tercepat dan hasil kuantum tinggi,” kata Stylianou.
Hanya dalam waktu satu jam, katanya, satu gram RTTA-1 dapat menghasilkan lebih dari 10.700 mikromoles hidrogen. Proses ini memanfaatkan foton—partikel cahaya—pada 10% yang mencengangkan, yang berarti bahwa untuk setiap 100 foton yang mengenai RTTA-1, 10 berkontribusi pada produksi hidrogen.
“Aktivitas RTTA-1 yang luar biasa disebabkan oleh efek sinergis dari sifat oksida logam dan sifat permukaan MOF induk yang meningkatkan transfer elektron,” kata Stylianou. “Studi ini menyoroti potensi heterojunction oksida logam yang berasal dari MOF sebagai fotokatalis untuk produksi hidrogen praktis, yang berkontribusi pada pengembangan solusi energi yang berkelanjutan dan efisien.”
Memproduksi hidrogen dengan memisahkan air melalui proses katalitik lebih bersih daripada metode konvensional untuk memperoleh hidrogen dari gas alam melalui proses produksi karbon dioksida yang dikenal sebagai reformasi uap metana.
Proses katalitik saat ini untuk memproduksi hidrogen dari air melibatkan elektrokatalisis – mengalirkan listrik melalui katalis. Keberlanjutan elektrokatalisis bergantung pada penggunaan energi terbarukan, dan agar dapat bersaing di pasar, energi tersebut harus murah.
Saat ini, reformasi uap metana menghasilkan hidrogen dengan biaya sekitar $1,50 per kilogram, dibandingkan dengan sekitar $5 per kilogram untuk hidrogen hijau.
“Air merupakan sumber hidrogen yang melimpah, dan fotokatalisis menawarkan metode untuk memanfaatkan energi matahari Bumi yang melimpah untuk produksi hidrogen,” kata Stylianou. “Ruthenium oksida tidak murah tetapi jumlah yang digunakan dalam fotokatalis kami sangat sedikit. Untuk aplikasi industri, jika katalis menunjukkan stabilitas dan reproduktifitas yang baik, biaya sejumlah kecil rutenium oksida ini menjadi kurang penting.”
Referensi: “Peningkatan Produksi Hidrogen Fotokatalitik oleh Heterojunctions Oksida Logam yang Diturunkan dari MOF dengan Hasil Kuantum Terlihat 10,0%” oleh Emmanuel N. Musa, Ankit K. Yadav, Kyle T. Smith, Min Soo Jung, William F. Stickle, Peter Eschbach, Xiulei Ji dan Kyriakos Stylianou, 10 Juli 2024, Kimia Terapan Edisi Internasional.
DOI: 10.1002/anie.202405681
Penelitian ini didanai oleh Departemen Kimia OSU, Penghargaan Kemitraan Industri Fakultas Sains OSU, dan Brian dan Marilyn Kleiner.
NewsRoom.id
