Dengan menggunakan polimer baru yang hanya menarik zat tertentu dari larutan saat diaktifkan secara listrik, sebuah peneliti dari University of Illinois Urbana-Champaig telah mencapai kemajuan besar dalam pemisahan kimia yang berkelanjutan.
Tim peneliti dari University of Illinois Urbana-Champaign melaporkan demonstrasi pertama pemisahan elektrokimia selektif yang didorong oleh ikatan halogen dalam jurnal JACS Au. Tim berhasil menciptakan polimer yang dapat mengatur kepadatan muatan pada atom halogen saat listrik diterapkan. Polimer ini kemudian hanya menarik target tertentu—seperti halida, oksianion, dan bahkan molekul organik—dari larutan organik. Fitur ini memiliki implikasi penting untuk proses pembuatan obat dan sintesis kimia.
Pemisahan kimia yang dilakukan itu seperti membuat spons yang hanya menyerap zat kimia yang kita inginkan dari campuran.
Dalam industri, pemisahan kimia sering dilakukan dengan proses berbasis panas atau filtrasi membran, namun metode ini menciptakan limbah material. Alternatif berbasis mekanisme elektrokimia dapat mengurangi limbah dan memanfaatkan sumber listrik yang berkelanjutan. Meskipun mekanisme semacam itu sudah digunakan dalam aplikasi seperti desalinasi (penghilangan garam dari air), mereka biasanya tidak selektif dalam menarik zat.
Para peneliti mencapai pemisahan listrik selektif dengan interaksi kimia yang disebut ikatan halogen, di mana molekul target tertarik pada polimer donor halogen yang responsif terhadap redoks karena muatan positif parsial yang kuat pada atom halogen, yang disebut “lubang sigma”. Tim peneliti memanfaatkan interaksi ini dengan merekayasa polimer yang mengandung atom halogen iodine dan ferrosena, sebuah pusat redoks aktif yang mengatur kekuatan ikatan iodine saat listrik eksternal diterapkan. Lubang sigma iodine diaktifkan saat ferrosena teroksidasi, menciptakan muatan positif kuat yang menarik ion-ion bermuatan negatif.
Mengapa ikatan halogen? Karena kekuatan ikatan halogen yang memungkinkan selektivitas, karena ia memilih ion-ion yang memiliki afinitas tinggi terhadap atom halogen.
Kelompok riset Su mendesain polimer aktif redoks ini dan kemudian mengujinya dalam berbagai larutan organik. Setelah menemukan bahwa polimer tersebut benar-benar dapat memilih ion spesifik dari campuran, kehadiran ikatan halogen dikonfirmasi menggunakan eksperimen resonansi magnetik nuklir (NMR) dan hamburan Raman. Kelompok Su bekerja sama dengan profesor teknik kimia & biomolekuler Alex Mironenko, yang memimpin investigasi komputasional dari polimer untuk memahami mekanisme yang mendasari aktivasi pusat redoks.
Referensi:
[1] https://chbe.illinois.edu/news/stories/halogen-bonding-selective-electrochemical-separation, diakses pada 16 Agustus 2024.
[2] Nayeong Kim, Vijaya S. Jeyaraj, Johannes Elbert, Sung Jin Seo, Alexander V. Mironenko, Xiao Su. Redox-Responsive Halogen Bonding as a Highly Selective Interaction for Electrochemical Separations. JACS Au, 2024; 4 (7): 2523 DOI: 10.1021/jacsau.4c00265
Alumni S1 Kimia Universitas Negeri Makassar. Pengajar kimia, penulis di warstek.com.