Tim Peneliti Oregon State University Mengembangkan Material Fotokatalisis Baru yang Dapat Menghasilkan Hidrogen Secara Efisien Tanpa Katalis Logam

Peneliti Oregon State University telah menciptakan kelas material fotoaktif baru yang mampu menghasilkan gas hidrogen dari air, menawarkan jalur yang berpotensi lebih bersih dari sinar matahari menuju bahan bakar. Fotokatalis ini mampu menghasilkan hidrogen dengan cepat dan efisien, dan material ini tidak memerlukan katalis logam tambahan yang mahal. Penelitian ini dipimpin oleh Kyriakos Stylianou dari Fakultas Sains universitas, dan temuan ini mungkin menjadi alat lain untuk mengurangi emisi gas rumah kaca dan mengatasi perubahan iklim. Hidrogen banyak digunakan dalam sel bahan bakar, pembuatan amonia, pemurnian logam, dan produksi plastik.

Fotokatalis bekerja dengan mempercepat reaksi kimia tanpa katalis diubah secara permanen, dan fotokatalis dapat melakukan hal yang sama saat diaktifkan oleh cahaya. Stylianou menyatakan, material setelah menyerap cahaya mencapai keadaan energi yang lebih tinggi, dan dapat memanfaatkan energi ini untuk mendorong reaksi lebih cepat. Inti penelitian ini adalah kerangka organik logam (MOFs), yaitu material poros kristalin yang dibangun dari ion logam bermuatan positif dan molekul penghubung organik. Porinya yang kecil dan struktur yang dapat disesuaikan memungkinkan ilmuwan menyetel kinerjanya untuk berbagai keperluan.

Stylianou menyarankan, secara teoritis terdapat jutaan struktur MOF berbeda, kimiawan telah mensintesis hampir 100.000 jenis MOF, dan memprediksi kinerja sekitar 500.000 jenis lainnya.

Keunikan BVR-19

Tim peneliti berfokus pada MOF bernama BVR-19. Material ini mengandung ikatan sulfida yang tidak biasa, yang akan terputus sementara di bawah sinaran cahaya, menghasilkan spesies sulfur yang bereaktivitas tinggi. Stylianou menyatakan: "Komponen organik yang melakukan pekerjaan penting." Material ini tidak utamanya bergantung pada atom logam, melainkan memanfaatkan blok bangunan organik bersulfurnya untuk menangkap energi cahaya dan mentransfer elektron ke proses generasi hidrogen. Ia menyebut pendekatan desain ini sebagai pemikiran ulang bagaimana merancang material semacam ini. Desain ini berarti BVR-19 tidak memerlukan katalis logam tambahan yang mahal, yang mungkin menyederhanakan pengembangan sistem hidrogen berdaya cahaya di masa depan.

Selain itu, material ini secara spontan terbentuk dalam larutan berbasis air pada suhu ruang, menurunkan energi yang dibutuhkan untuk manufaktur.

Perbandingan dengan Metode Generasi Hidrogen Konvensional

Proses pemecahan air menggunakan katalis lebih bersih dibandingkan metode industri utama — reforming uap metana, yang menggunakan gas alam dan melepaskan karbon dioksida untuk menghasilkan hidrogen. Metode pemecahan air yang ada biasanya bergantung pada elektrokatalisis, dan manfaat lingkungannya bergantung pada sumber listriknya. Untuk menjaga keberlanjutan dan daya saing ekonomi, listrik ini harus berasal dari energi terbarukan berbiaya rendah. Biaya tetap menjadi hambatan: hidrogen dari reforming uap metana berkisar US$1.50 per kg (sekitar HK$12), sedangkan hidrogen hijau berkisar US$5 per kg (sekitar HK$39).

Stylianou, direktur Laboratorium Penemuan Material Oregon State University, menyatakan penelitian ini memberikan cetak biru untuk merancang material yang menurunkan biaya hidrogen hijau. Dengan mengubah logam sambil menjaga material lain pada dasarnya tidak berubah, timnya memahami mengapa versi tertentu dari MOF berkinerja jauh melampaui versi lain. Temuan-temuan ini memberikan kriteria desain baru untuk menciptakan material produksi bahan bakar surya yang lebih efektif. Penelitian mereka didanai oleh Murdock Charitable Trust, National Science Foundation, dan Fakultas Sains Oregon State University. Judul makalah terkait adalah "Intra-ligand Charge Transfer in Metal-Organic Frameworks Promotes Radical-Anion-Mediated Hydrogen Evolution".

Emmanuel Musa dari laboratorium dan anggota lainnya, serta sejumlah peneliti Oregon State University, turut berkontribusi pada karya ini. Penelitian ini telah diterbitkan di Journal of the American Chemical Society.

Dampak Material Baru terhadap Produksi Hidrogen

Terobosan penelitian ini terletak pada pengembangan material fotokatalisis tanpa katalis logam, yang tidak hanya menurunkan biaya produksi, tetapi juga meningkatkan keberlanjutan lingkungan. Metode generasi hidrogen konvensional banyak bergantung pada bahan bakar fosil, melepaskan karbon dioksida, dan membebani lingkungan. Sementara penerapan material baru ini diharapkan dapat mendorong penyebaran hidrogen hijau, dan mendorong pengembangan energi terbarukan. Seiring dengan peningkatan permintaan akan energi bersih, pengembangan material ini menjadi sangat penting, memberikan kemungkinan baru bagi transisi energi di masa depan.