Newswise – Meningkatnya permintaan akan bahan bakar berbasis karbon untuk menggerakkan perekonomian terus meningkatkan jumlah karbon dioksida (CO2) di udara. Meskipun upaya sedang dilakukan untuk mengurangi emisi CO2, hal ini tidak mengurangi dampak berbahaya dari gas yang sudah ada di atmosfer. Oleh karena itu, para peneliti telah menemukan cara-cara kreatif untuk menggunakan CO2 atmosfer dengan mengubahnya menjadi zat-zat berharga seperti asam format (HCOOH) dan metanol. Fotoreduksi CO2 menggunakan fotokatalis dengan cahaya tampak sebagai katalis merupakan metode populer untuk konversi tersebut.
Dalam terobosan terbaru yang diungkapkan dalam edisi internasional Angewandte Chemie tanggal 8 Mei 2023, Profesor Kazuhiko Maeda dan tim risetnya di Institut Teknologi Tokyo telah membuat kemajuan signifikan. Mereka berhasil mengembangkan kerangka logam-organik (MOF) timah (Sn) yang mendorong fotoreduksi selektif CO2. MOF yang baru diperkenalkan ini diberi nama KGF-10 dan rumus kimianya adalah [SnII2(H3ttc)2.MeOH]n (H3ttc: asam tritiocyanuric, MeOH: metanol). Dengan menggunakan cahaya tampak, KGF-10 secara efektif mengubah CO2 menjadi asam format (HCOOH). Profesor Maeda menjelaskan, “Hingga saat ini, banyak fotokatalis yang sangat efisien untuk reduksi CO2 berdasarkan logam langka dan mulia telah dikembangkan. Namun, mengintegrasikan fungsi penyerapan cahaya dan katalitik ke dalam satu unit molekuler yang terdiri dari sejumlah besar logam tetap menjadi tantangan.” Dengan demikian, Sn terbukti menjadi kandidat ideal untuk mengatasi kedua kendala ini.”
MOF, yang menggabungkan keunggulan logam dan material organik, sedang dieksplorasi sebagai alternatif yang lebih ramah lingkungan dibandingkan fotokatalis tradisional berbasis logam tanah jarang. Sn, yang dikenal karena peran gandanya sebagai katalis dan penyerap cahaya dalam proses fotokatalis, berpotensi menjadi pilihan yang layak untuk fotokatalis berbasis MOF. Meskipun MOF yang terdiri dari zirkonium, besi, dan timbal telah banyak dipelajari, pemahaman tentang MOF berbasis Sn masih terbatas. Studi dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk sepenuhnya mengeksplorasi kemungkinan dan potensi aplikasi MOF berbasis Sn di bidang fotokatalisis.
Untuk mensintesis MOF berbasis timah KGF-10, para peneliti menggunakan H3ttc (asam tritiocyanuric), MeOH (metanol), dan timah klorida sebagai komponen awal. Mereka memilih 1,3-dimetil-2-fenil-2,3-dihidro-1H-benzo[d]imidazol sebagai donor elektron dan sumber hidrogen. Setelah sintesis, KGF-10 yang diperoleh kemudian dianalisis menggunakan berbagai metode analitik. Pengujian ini menunjukkan bahwa material tersebut memiliki kapasitas adsorpsi CO2 yang moderat dengan celah pita 2,5 eV dan penyerapan efektif pada rentang panjang gelombang tampak.
Berbekal pengetahuan tentang sifat fisik dan kimia dari material baru tersebut, para ilmuwan menggunakannya untuk mengkatalisis reduksi karbon dioksida dengan cahaya tampak. Yang menarik, para peneliti menemukan bahwa KGF-10 mencapai konversi CO2 menjadi format (HCOO-) dengan selektivitas hingga 99% tanpa fotosensitizer atau katalis tambahan. Selain itu, KGF-10 menunjukkan hasil kuantum tampak yang sangat tinggi – ukuran efisiensi penggunaan foton – mencapai nilai 9,8% pada 400 nm. Yang penting, analisis struktural yang dilakukan selama reaksi fotokatalitik menunjukkan bahwa KGF-10 mengalami modifikasi struktural untuk membantu proses reduksi.
Penelitian inovatif ini menghadirkan fotokatalis berbasis timah berkinerja tinggi KGF-10 tanpa memerlukan logam mulia sebagai katalis satu arah untuk reduksi CO2 menjadi format dengan cahaya tampak. Sifat luar biasa KGF-10 yang ditunjukkan dalam penelitian ini dapat merevolusi penggunaannya sebagai fotokatalis dalam berbagai aplikasi, termasuk reduksi CO2 dengan energi matahari. Profesor Maeda menyimpulkan: “Hasil kami menunjukkan bahwa MOF dapat berfungsi sebagai platform untuk pengembangan kemampuan fotokatalitik yang unggul menggunakan logam yang tidak beracun, hemat biaya, dan melimpah yang ditemukan di Bumi, yang seringkali merupakan kompleks logam molekuler. Penemuan ini membuka kemungkinan baru, cakrawala baru di bidang fotokatalisis dan membuka jalan bagi penggunaan sumber daya Bumi yang berkelanjutan dan efisien.
Newswise menyediakan akses berita terkini bagi jurnalis dan platform bagi universitas, institusi, dan jurnalis untuk mendistribusikan berita terkini kepada audiens mereka.