Peneliti berhasil mengubah gas karbon dioksida (CO2) menjadi metanol, bahan bakar hijau, dengan menggunakan sinar matahari pada atom tunggal tembaga yang ditempatkan pada sebuah material karbon nitrida yang dipaparkan cahaya. Temuan ini membuka jalan bagi penciptaan bahan bakar baru yang ramah lingkungan.
Pertama-tama, mari kita pahami sedikit tentang apa itu fotokatalisis. Fotokatalisis adalah proses di mana cahaya matahari digunakan untuk memicu reaksi kimia pada sebuah material yang disebut semikonduktor. Saat sinar matahari menyentuh semikonduktor, elektron-elektron di dalamnya menjadi sangat aktif dan dapat bergerak untuk bereaksi dengan molekul-molekul lain, seperti CO2 dan air, dan mengubahnya menjadi produk yang berguna, seperti metanol.
Sebuah tim peneliti dari berbagai universitas telah merancang sebuah material khusus yang terdiri dari tembaga yang ditanam pada karbon nitrida nanokristalin. Metode tersebut seperti membuat sebuah lapangan tempur kecil di mana atom-atom tembaga siap untuk beraksi dengan CO2 yang ada di sekitarnya. Penelitian ini merupakan kolaborasi antara ahli kimia dari berbagai belahan dunia, menunjukkan betapa kompleksnya penelitian ilmiah saat ini.
Tim mengontrol material ini pada skala nanometer, yang berarti sangat kecil—jauh lebih kecil dari yang bisa dilihat dengan mata telanjang. Tim peneliti mengubah struktur karbon nitrida tersebut untuk membuatnya lebih responsif terhadap cahaya matahari dan memungkinkan pemisahan muatan elektron dengan lebih efisien.
Bagian penting dari penelitian ini adalah bagaimana para peneliti menempatkan atom tembaga ke dalam material tersebut. Mereka menggunakan sebuah proses yang disebut “magnetron sputtering”—sebuah teknik yang mengarahkan partikel-partikel kecil ke permukaan material secara presisi. Dengan begitu, mereka bisa mendeposisikan atom-atom tembaga dengan sangat akurat, sehingga memastikan reaksi yang diinginkan terjadi.
Salah satu penemuan menarik dari penelitian ini adalah bahwa hanya dengan menambahkan sedikit tembaga ke dalam material karbon nitrida, efisiensinya meningkat secara drastis. Tara LeMercier, seorang mahasiswa doktoral yang terlibat dalam penelitian ini, menjelaskan bahwa efisiensi katalis ini bahkan bisa meningkat hingga empat kali lipat dengan hanya menambahkan sedikit tembaga.
Penelitian ini memiliki dampak yang besar dalam upaya mengurangi emisi gas rumah kaca. CO2 adalah salah satu penyumbang terbesar terhadap pemanasan global, dan kemampuan untuk mengubahnya menjadi bahan bakar hijau seperti metanol adalah langkah penting dalam mengurangi dampak negatifnya terhadap lingkungan.
Para peneliti berharap penemuan ini akan membuka jalan bagi pengembangan teknologi hijau yang lebih maju di masa depan. Dengan memanfaatkan energi matahari dan material-material yang ramah lingkungan, kita bisa bergerak menuju masa depan yang lebih berkelanjutan dan bersih.
Referensi:
[1] https://www.nottingham.ac.uk/news/research-lights-up-process-for-turning-co2-into-sustainable-fuel diakses pada 30 Maret 2024
[2] Tara M LeMercier, Madasamy Thangamuthu, Emerson C Kohlrausch, Yifan Chen, Craig Stoppiello, Michael W Fay, Graham A. Rance, Gazi N Aliev, Wolfgang Theis, Johannes Biskupek, Ute Kaiser, Anabel E. Lanterna, Jesum Alves Fernandes, Andrei Khlobystov. Synergy of Nanocrystalline Carbon Nitride with Cu Single Atom Catalyst Leads to Selective Photocatalytic Reduction of CO2 to Methanol. Sustainable Energy & Fuels, 2024; DOI: 10.1039/D4SE00028E
