Review Oleh: Ropiudin, S.TP., M.Si. (Dosen Bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, Universitas Jenderal Soedirman)
Aktivasi oksigen molekuler (MOA) yang digerakkan oleh energi surya memegang peranan penting dalam menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS) untuk degradasi polutan, terutama dalam konteks remediasi lingkungan. Namun, tantangan yang sering dihadapi adalah efisiensi aktivasi yang rendah, yang secara signifikan menghambat proses degradasi. Penelitian terbaru ini memperkenalkan solusi inovatif dengan memperkenalkan kekosongan oksigen (oxygen vacancies/OVs) dan nanopartikel emas (Au) ke dalam struktur Bi2MoO6 (BMO) untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik material ini, sehingga mampu meningkatkan efisiensi MOA. Sebagai seorang dosen di bidang Teknik Sistem Termal dan Energi Terbarukan, saya melihat penelitian ini sebagai langkah besar dalam pengembangan teknologi fotokatalitik untuk aplikasi lingkungan.
Kekosongan oksigen (OVs) memiliki peran sentral dalam peningkatan adsorpsi oksigen molekuler pada permukaan BMO. Berdasarkan teori fungsional kepadatan (Density Functional Theory), diperlihatkan bahwa OVs tidak hanya meningkatkan adsorpsi oksigen, tetapi juga memperkuat pemutusan ikatan O-O dalam oksigen molekuler, yang sangat penting dalam proses aktivasi oksigen. Dengan demikian, OVs berfungsi sebagai pusat reaksi yang dapat mempercepat proses degradasi polutan dengan memfasilitasi pembentukan spesies oksigen reaktif yang lebih efisien.
Salah satu inovasi kunci lainnya dalam penelitian ini adalah penggunaan nanopartikel emas (Au). Efek resonansi plasmon permukaan lokal yang unik dari Au secara signifikan meningkatkan kapasitas penyerapan cahaya dari material fotokatalitik. Hal ini sangat penting dalam sistem fotokatalitik berbasis energi surya, di mana penyerapan cahaya yang lebih luas memungkinkan peningkatan eksitasi elektron dan, pada akhirnya, meningkatkan reaktivitas material tersebut. Penggunaan Au nanopartikel dalam sistem ini membuka jalan bagi peningkatan kinerja fotokatalitik yang signifikan.
Selain itu, baik OVs maupun nanopartikel Au bekerja sebagai “perangkap elektron” yang menangkap elektron fotogenik yang dihasilkan selama proses fotokatalitik. Hal ini memungkinkan percepatan transfer muatan, yang merupakan salah satu hambatan utama dalam sistem fotokatalitik konvensional. Dengan mengurangi laju rekombinasi elektron-lubang, sistem ini mampu mempertahankan muatan terpisah lebih lama, yang berarti peningkatan efisiensi dalam reaksi degradasi polutan.
Dalam studi ini, material ABMOH-4 yang dihasilkan dari kombinasi OVs dan nanopartikel Au menunjukkan peningkatan yang luar biasa dalam efisiensi MOA, di mana laju degradasi ciprofloxacin (CIPF) lebih tinggi 3,62 kali lipat dibandingkan dengan material BMO murni. Hasil ini menunjukkan potensi besar sistem ini untuk aplikasi dalam remediasi lingkungan, khususnya dalam pengolahan air dan degradasi polutan berbahaya seperti antibiotik, yang merupakan masalah signifikan dalam konteks pencemaran lingkungan.
Percobaan penjebakan radikal bebas dan resonansi spin elektron (ESR) mengungkapkan bahwa oksigen singlet (1O2) secara selektif terbentuk dalam sistem ABMOH untuk degradasi CIPF, dan konversi radikal superoksida (•O2–) serta transfer energi merupakan dua jalur utama pembentukan 1O2. Temuan ini penting karena memberikan wawasan baru mengenai mekanisme reaksi dalam sistem fotokatalitik, serta memberikan arahan strategis untuk desain katalis yang lebih efisien dan stabil di masa depan.
Secara keseluruhan, penelitian ini memberikan kontribusi yang signifikan dalam pengembangan sistem fotokatalitik berbasis energi surya yang lebih efisien dan berkelanjutan untuk aplikasi lingkungan. Dengan meningkatkan efisiensi MOA melalui integrasi OVs dan nanopartikel Au, kita dapat lebih optimis dalam menghadapi tantangan polusi lingkungan dan mempercepat transisi menuju solusi energi terbarukan yang lebih ramah lingkungan.
