Tangerang Selatan-Humas BRIN. Semakin menipisnya bahan bakar fosil dan meningkatnya pencemaran lingkungan menjadi permasalahan global. Oleh karena itu, pengembangan energi alternatif yang ramah lingkungan sangat diperlukan.
Pemanfaatan energi matahari mempunyai potensi kekuatan yang besar dan sifatnya yang ramah lingkungan. Selain itu, seng oksida atau zinc oxide (ZnO) yang melimpah di Indonesia dan ramah lingkungan, menjadi dasar pemilihan material ini untuk dimanfaatkan sebagai katalis penghasil hidrogen dari air.
Peneliti dari Pusat Riset Material Maju Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN), Indah Primadona menyampaikan hasil riset dan pengalamannya tentang material yang dapat menghasilkan senyawa hidrogen, pada forum pertemuan ilmiah riset dan inovasi ORNAMAT seri 32, Selasa (08/08) secara daring.
Dengan judul 3D ZnO nanostructures modified with carbon-based materials for efficient photoelectrochemical water-splitting, Indah menyampaikan perkembangan risetnya mengenai produksi hidrogen menggunakan metode fotoelektrokimia dengan pemecahan air atau photoelectrochemical (PEC) water-splitting. Dengan metode ini, senyawa hidrogen dan oksigen dapat diproduksi dengan bantuan radiasi sinar matahari.
Indah mengatakan, senyawa ini berperan penting sebagai alternatif sumber bahan bakar atau sumber energi bersih, yang seluruh pembakarannya hanya menghasilkan air dan energi.
“Produksi gas hidrogen akan menggunakan radiasi sinar matahari yang begitu melimpah yaitu 173.000 terawatt. Oleh karena itu, bahan bakar alternatif pengganti fosil ini disebut juga sebagai bahan bakar yang terbarukan dan eco-energy,” ujarnya.
Lebih lanjut, Indah menjelaskan bahwa untuk merealisasikan produksi hidrogen dengan bantuan sinar matahari ini, beberapa bahan semikonduktor seperti titanium dioksida (TiO2) atau seng oksida (ZnO), dapat digunakan untuk menyuplai elektron yang dibutuhkan pada saat pemisahan senyawa air (elektrolisis H20).
Dari beberapa bahan semikonduktor yang ada, ZnO merupakan bahan yang paling unggul dan memenuhi persyaratan dalam metode PEC ini. Hal ini disebabkan ZnO memiliki energi band gap yang cukup, sebagai persyaratan sebagai bahan utama PEC water-splitting.
Selain itu, ZnO adalah bahan yang berlimpah, murah, tidak beracun, serta mobilitas elektron dan kestabilan dalam larutan yang sangat tinggi.
Berdasarkan hasil penelitian, energi band gap pada ZnO telah melebihi energi yang diperlukan untuk memisahkan senyawa hidrogen dan oksigen, yaitu sebesar 1,23 eV. Namun dari keunggulan-keunggulan ZnO ini, terdapat pula kekurangan yang ada pada ZnO, yakni selektifitas absorbansi cahayanya berada pada spektrum sinar UV serta laju rekombinasi elektron yang sangat tinggi.
Dengan adanya kekurangan tersebut, optimalisasi untuk memperbaiki performa ZnO perlu dilakukan. Sesuai dengan judulnya, peningkatan perfroma ZnO untuk memproduksi gas hidrogen menggunakan radiasi sinar matahari, dilakukan dengan memodifikasi morfologi tiga dimensi ZnO serta dengan menambahkan beberapa senyawa lainnya.
“Dari hasil riset terlihat bahwa penggunaan bentuk struktur tiga dimensi (3D) nano pencil (NP) ini dapat meningkatkan radiasi sinar yang datang ke material photocollector serta meminimalisasi refleksi pancaran sinar matahari. Adapun untuk memperbaiki tingginya laju rekombinasi electron dari ZnO 3D NP, dilakukan penambahan beberapa bahan seperti Sulfur-Nitrogen Graphene Quantum Dots (S N-GQDs) yang memiliki mobilitas transfer elektron yang cukup tinggi,” terang periset dari kelompok riset Fotokonversi Energi.
Dengan memberikan doping S N-GQDs pada ZnO 3D NP, terlihat bahwa sifat-sifat optisnya berubah. Perluasan absorbansi radiasi sinar matahari dari UV ke visible area serta pengurangan reflektansi sinar yang datang menuju photocollector ZnO dapat teratasi.
Jika dibandingkan antara ZnO, NP yang tidak dikompositkan dengan S N-GQDs maupun dengan ZnO NR 1 dimensi, performa dari water-splitting dari material yang telah dikompositkan menggunakan radiasi cahaya tampak menjadi lebih tinggi. Selain itu, komposit tersebut juga memberikan penurunan kecepatan rekombinasi elektron yang dibutuhkan, untuk meningkatkan efisiensi produksi hidrogen menggunakan radiasi sinar matahari.
Dalam forum ORNAMAT tersebut, Kepala Pusat Riset Fisika Kuantum BRIN, Ahmad Ridwan Tresna Nugraha menyatakan pentingnya riset konversi energi. Menurutnya, riset dari Indah Primadona ini bermanfaat karena menggunakan metode memecahkan molekul air berbasis konversi fotoelektrokimia. Selain dapat memecahkan molekul air untuk menghasilkan energi, juga dapat digunakan di berbagai aplikasi lainnya. (hrd, mfn/ ed: adl)
Sumber:
https://brin.go.id/ornm/posts/kabar/material-seng-oksida-zno-sebagai-katalis-energi-ramah-lingkungan
