Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Penggunaan bahan bakar fosil yang terus meningkat menjadi ancaman serius bagi keberlanjutan lingkungan dan iklim global. Oleh karena itu, transisi menuju teknologi energi terbarukan menjadi sangat mendesak. Salah satu teknologi yang menjanjikan adalah pemisahan air secara fotoelektrokimia (PEC) untuk menghasilkan oksigen dan hidrogen, yang dapat digunakan sebagai sumber energi bersih dan terbarukan. Artikel ini membahas pengembangan lapisan tipis Cu3Se2 dan Cu3Se2 yang terdoping sulfur (S) sebagai katalis fotoelektrokimia yang efisien dan hemat biaya untuk meningkatkan oksidasi air dan produksi hidrogen.
Lapisan tipis Cu3Se2 terdoping S disiapkan menggunakan metode pengendapan rendaman kimia (CBD), yang dikenal sebagai metode yang mudah diakses dan hemat biaya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa doping S pada Cu3Se2 meningkatkan efisiensi fotoelektrokimia secara signifikan. Penggunaan Cu3Se2 dengan doping sulfur menyebabkan perubahan struktur kristal, yang dikonfirmasi oleh pola difraksi sinar-X (XRD). Pergeseran nilai refleksi karakteristik (2 1 1) dari 38,1° menjadi 38,4° menunjukkan bahwa sulfur berhasil terintegrasi ke dalam kisi kristal Cu3Se2.
Selain XRD, validasi lebih lanjut dari doping sulfur dilakukan menggunakan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), sinar-X dispersif energi (EDX), inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan spektroskopi Raman. Karakterisasi ini memberikan gambaran yang jelas bahwa doping sulfur tidak hanya mengubah struktur kristal tetapi juga meningkatkan celah pita energi dari 1,97 eV menjadi 2,15 eV. Peningkatan celah pita ini sangat penting dalam meningkatkan performa bahan untuk aplikasi fotoelektrokimia, karena memungkinkan lebih banyak foton yang dapat diserap dan diubah menjadi energi listrik.
Penelitian ini juga menunjukkan peningkatan signifikan pada luas permukaan spesifik (SSA) setelah doping sulfur, dari 5,03 m²/g menjadi 111,48 m²/g. Peningkatan luas permukaan ini berarti bahwa lebih banyak situs aktif tersedia untuk reaksi oksidasi air, yang berkontribusi langsung pada peningkatan efisiensi kinerja fotoelektrokimia. Dengan peningkatan SSA sebesar dua puluh dua kali lipat, Cu3Se2 terdoping S menunjukkan potensi besar sebagai material katalis untuk aplikasi PEC.
Evaluasi kinerja fotoelektrokimia dari lapisan tipis Cu3Se2 terdoping S menunjukkan hasil yang sangat menjanjikan. Kerapatan arus foto sebesar 880 µA/cm² dicapai, yang enam kali lebih besar dibandingkan dengan lapisan Cu3Se2 murni. Hasil ini menunjukkan bahwa doping sulfur tidak hanya meningkatkan sifat struktural dan optik material, tetapi juga memperkuat performa elektroda dalam proses pemisahan air. Selain itu, lapisan Cu3Se2 terdoping S menunjukkan kemiringan negatif, yang mengindikasikan konduktivitas tipe-p, dan nilai potensial pita datar yang lebih rendah, yaitu 0,33 V vs. RHE, yang menguntungkan untuk efisiensi reaksi PEC.
Secara keseluruhan, penelitian ini menghadirkan solusi yang ramah lingkungan dan hemat biaya untuk memproduksi hidrogen dan oksigen melalui pemisahan air secara fotoelektrokimia menggunakan lapisan tipis Cu3Se2 terdoping S. Metode doping sulfur pada Cu3Se2 tidak hanya memperbaiki struktur material, tetapi juga meningkatkan efisiensi konversi energi, sehingga memberikan jalan baru untuk pengembangan teknologi energi bersih di masa depan. Hasil ini menjadikan Cu3Se2 terdoping S sebagai kandidat material yang sangat menjanjikan untuk aplikasi produksi hidrogen dalam skala besar, yang selanjutnya dapat mendorong transisi menuju ekonomi hidrogen yang berkelanjutan.
