Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Dalam upaya mencapai produksi energi berkelanjutan, penelitian terbaru mengenai rekayasa struktur defek dan kristalinitas pada fotokatalis semikonduktor memberikan kontribusi signifikan dalam meningkatkan dinamika pembawa muatan. Sebagai seorang Dosen Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, inovasi ini sangat menarik karena menawarkan strategi baru dalam meningkatkan efisiensi fotokatalitik, khususnya untuk produksi hidrogen melalui pemanfaatan energi cahaya tampak.
Penelitian ini memperkenalkan desain bola karbon nitrida kristalin (QCN) yang dimodifikasi dengan defek nitrogen pada permukaannya. Melalui perlakuan termal cepat yang dikombinasikan dengan strategi bantuan fluks, QCN berhasil meningkatkan pemisahan pembawa muatan di permukaan dan bulk material secara sinergis. Pendekatan ini menggunakan polimer yang terbentuk secara supramolekular sebagai prekursor, di mana metode molten salt diterapkan untuk menghasilkan struktur heterojunction kristalin yang mampu meningkatkan pemisahan pembawa muatan di bulk material, sehingga memaksimalkan efisiensi konversi energi.
Salah satu aspek penting dari penelitian ini adalah pengenalan defek nitrogen secara terkendali pada permukaan karbon nitrida kristalin melalui perlakuan termal cepat di udara. Defek nitrogen ini berperan sebagai “penangkap elektron” yang efektif, mendorong migrasi cepat pembawa muatan di permukaan, dan meningkatkan kepadatan eksiton. Kondisi ini menghasilkan peningkatan signifikan dalam proses pemisahan pembawa muatan, yang secara langsung mempengaruhi kinerja fotokatalitik. Di samping itu, defek permukaan juga meningkatkan pemanfaatan cahaya tampak dan menyediakan lebih banyak pusat aktif untuk adsorpsi dan aktivasi reaktan, menjadikan material ini sangat cocok untuk aplikasi fotokatalitik.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa sampel QCN memiliki kinerja yang luar biasa dalam produksi hidrogen, dengan laju produksi hidrogen yang 4,3 kali lebih tinggi dibandingkan dengan karbon nitrida bulk yang murni, di bawah pencahayaan cahaya tampak. Ini merupakan peningkatan yang signifikan dan menunjukkan potensi besar teknologi ini dalam membantu transisi energi menuju sumber daya yang lebih bersih dan terbarukan. Yang menarik, konsentrasi defek nitrogen pada permukaan QCN dapat disesuaikan melalui variasi suhu perlakuan termal, memungkinkan kontrol yang lebih fleksibel atas aktivitas fotokatalitik.
Strategi regulasi dua langkah yang diterapkan dalam penelitian ini—menggabungkan keuntungan unik dari struktur defek permukaan dan kristalinitas tinggi—sangat penting untuk peningkatan sinergis dalam performa fotokatalitik. Proses ini memperkuat interaksi antara struktur mikro material dengan dinamika pembawa muatan, yang pada gilirannya memperbaiki efisiensi keseluruhan dari proses fotokatalitik. Pendekatan ini menawarkan wawasan baru tentang bagaimana rekayasa material pada tingkat nano dapat memberikan dampak yang signifikan dalam aplikasi energi terbarukan, khususnya dalam produksi hidrogen berbasis fotokatalis.
Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan potensi besar dalam produksi energi terbarukan melalui pengembangan material semikonduktor yang lebih canggih. Dengan teknologi seperti QCN, kita dapat melihat langkah maju yang signifikan dalam upaya global untuk menghasilkan hidrogen sebagai bahan bakar bersih. Bagi para peneliti dan praktisi di bidang energi terbarukan, temuan ini memberikan landasan yang kuat untuk inovasi lebih lanjut, serta peluang untuk mengembangkan teknologi fotokatalitik yang lebih efisien dan berkelanjutan di masa depan.
