Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Teknologi fotokatalitik berbasis energi surya untuk produksi hidrogen dari pemisahan air semakin menarik perhatian karena potensinya dalam menyelesaikan krisis energi dan mengurangi polusi lingkungan. Namun, tantangan utama yang dihadapi adalah rekombinasi cepat pembawa muatan fotogenik dan lambatnya kinetika reaksi katalitik permukaan. Dalam penelitian ini, solusi tersebut diatasi dengan membangun sistem katalitik multi-kanal yang dapat memisahkan muatan secara lebih efektif, sebuah pendekatan inovatif yang sangat relevan bagi pengembangan teknologi energi bersih.
Sistem katalis PdO@TiO2-Cu2O yang disintesis melalui metode kalsinasi prekursor dan reduksi suhu rendah menunjukkan kinerja fotokatalitik yang jauh lebih unggul dibandingkan dengan TiO2 tunggal. Kombinasi nanopartikel PdO dan Cu2O dengan nanorod TiO2 memberikan peningkatan signifikan dalam produksi hidrogen, mencapai 5831 μmol g⁻¹h⁻¹, yang tiga kali lipat lebih tinggi daripada TiO2 murni. Sebagai dosen di bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, saya melihat ini sebagai langkah penting dalam memperbaiki efisiensi proses fotokatalitik, terutama dalam konversi energi surya menjadi hidrogen, sumber energi yang ramah lingkungan.
Salah satu aspek kunci dari peningkatan kinerja ini adalah pembentukan heterojunction S-scheme di interface antara TiO2 dan Cu2O. Berdasarkan struktur pita energi dari TiO2 dan Cu2O, serta pengujian fotokimia dan elektrokimia yang dilakukan, ditemukan bahwa heterojunction ini memfasilitasi rekombinasi elektron pada pita konduksi TiO2 dengan lubang pada pita valensi Cu2O. Ini memungkinkan transfer muatan fotogenik yang lebih cepat, tanpa mengorbankan kapasitas oksidasi dan reduksi yang kuat dari masing-masing material. Hasil ini sangat penting untuk mengatasi tantangan utama dalam teknologi fotokatalitik, yakni mengurangi rekombinasi muatan yang menghambat efisiensi reaksi.
Penggunaan PdO dalam sistem ini juga berperan penting dalam meningkatkan pemisahan muatan. PdO berfungsi sebagai kokatalis oksidasi yang memperkaya lubang-lubang fotogenik, sehingga mempercepat laju pemisahan muatan. Dengan adanya medan listrik internal yang terbentuk pada heterojunction S-scheme, sistem ini mampu membangun jalur multi-kanal untuk pemisahan dan migrasi muatan yang lebih efisien, yang pada akhirnya meningkatkan kinerja fotokatalitik TiO2 dalam produksi hidrogen.
Dari sudut pandang rekayasa material, penggunaan komposit PdO@TiO2-Cu2O memberikan contoh konkret bagaimana modifikasi nanostruktur dan penambahan kokatalis dapat meningkatkan kemampuan fotokatalitik. Penelitian ini juga menegaskan bahwa pengembangan sistem multi-komponen yang menggabungkan heterojunction dengan kokatalis oksidasi adalah pendekatan rasional yang dapat meningkatkan efisiensi konversi energi surya dalam pemisahan air. Ini merupakan terobosan penting dalam pencarian solusi energi bersih yang lebih efisien.
Studi ini juga membuka peluang bagi aplikasi luas dalam produksi hidrogen berskala besar, yang berpotensi mengurangi ketergantungan pada sumber energi fosil dan mendukung transisi menuju ekonomi hidrogen. Dalam konteks energi terbarukan, sistem ini memberikan solusi inovatif untuk memanfaatkan potensi besar energi surya, sekaligus mengatasi masalah efisiensi yang selama ini menjadi tantangan dalam teknologi fotokatalitik.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan kontribusi signifikan dalam mengembangkan pendekatan baru untuk meningkatkan kemampuan fotokatalitik TiO2. Dengan strategi yang berbasis pada desain heterojunction S-scheme dan penggunaan kokatalis oksidasi, kita dapat mempercepat transisi menuju energi bersih dan berkelanjutan, sekaligus menawarkan solusi yang relevan dalam menghadapi krisis energi global.
