Para ilmuwan telah mengembangkan metode fotokatalitik baru untuk memproduksi hidrogen peroksida menggunakan air dan udara, menggunakan kerangka organik kovalen baru. Metode ini hemat energi dan ramah lingkungan, sangat kontras dengan proses antrakuinon tradisional yang lebih berbahaya.
Para ilmuwan dari National University of Singapore (NUS) telah menciptakan struktur organik kovalen mikropori dengan kisi-kisi donor-akseptor yang padat dan ikatan rekayasa untuk produksi hidrogen peroksida (H2O2) yang efisien dan bersih melalui proses fotosintesis dengan air dan udara.
Produksi industri tradisional H2O2 melalui proses antrakuinon menggunakan hidrogen dan oksigen memerlukan banyak energi. Pendekatan ini menggunakan pelarut beracun dan katalis logam mulia yang mahal serta menghasilkan limbah yang signifikan dari reaksi samping.
Gambar menunjukkan desain baru bahan struktur organik kovalen heksavalen (COF) yang meniru fotosintesis. (Kiri) Cahaya memicu transfer elektron dari situs donor ke situs akseptor dalam material (ditunjukkan dengan panah merah). Proses ini mentransfer empat muatan positif ke situs donor, yang kemudian digunakan untuk memecah molekul air menjadi oksigen (ditunjukkan dengan panah hijau). Di lokasi akseptor, dua elektron bergabung dengan oksigen membentuk hidrogen peroksida (ditunjukkan dengan panah biru). (Kanan) Struktur material memungkinkan pergerakan elektron yang efisien (ditunjukkan dengan warna kuning), muatan positif (ditunjukkan dengan warna biru), air dan oksigen dalam satu lapisan. Bahan ini berpotensi mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dengan cara yang mirip dengan fotosintesis alami. Kredit: Universitas Nasional Singapura
Sebaliknya, produksi fotokatalitik H2O2 dari oksigen dan air menawarkan cara yang hemat energi, ringan dan bersih. Yang paling penting, hal ini mengatasi kelemahan umum dari sistem fotokatalitik yang ada, seperti aktivitas rendah, penggunaan donor pengorbanan alkohol tambahan secara ekstensif, dan kebutuhan pasokan oksigen murni.
Terobosan yang dilakukan para peneliti NUS
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Jiang Donglin dari Departemen Kimia NUS telah mengembangkan fotokatalis jenis baru untuk fotosintesis buatan H2O2 yang efisien dari air dan udara.
Para peneliti telah membangun kerangka kerja organik kovalen heksavalen (COFs) di mana tulang punggung dirancang sebagai kolom π donor-akseptor untuk pembangkitan muatan yang diinduksi foto berkecepatan tinggi dan situs yang aktif secara katalitik. Secara paralel, pori dimodifikasi dengan saluran mikropori trigonal yang sensitif secara hidraulik untuk pengiriman air dan oksigen reaktan dengan segera.
Hasilnya, COF heksavalen ini menghasilkan H2O2 secara spontan dan efisien dari air dan udara atmosfer ketika terkena cahaya tampak baik dalam reaktor batch maupun aliran. Dalam kondisi laboratorium, COF menunjukkan efisiensi kuantum sebesar 17,5 persen dalam cahaya tampak pada 420 nm dalam reaktor batch. Sistem ini dapat dikembangkan untuk konstruksi permukaan yang dapat membersihkan sendiri dan untuk perawatan disinfeksi.
Hasil penelitiannya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Katalisis alami.
Profesor Jiang berkata: “Dalam penelitian ini, kami telah berhasil mengatasi masalah utama dan umum dalam fotokatalis, elektrokatalis, dan katalis heterogen, yaitu pengiriman muatan dan materi ke lokasi katalitik secara efisien. Fokus kami pada desain struktural yang tepat pada tingkat atom untuk mengeksplorasi kerangka dan pori-pori COF mengarah pada penciptaan sistem fotosintesis buatan untuk produksi H2O2 yang mencapai efisiensi fotokatalitik yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Tautan: “Kerangka Kerja Donor-Akseptor Organik Kovalen Berikat untuk Fotosintesis Optimal Hidrogen Peroksida dari Air dan Udara” oleh Ruoyang Liu, Yongzhi Chen, Hongde Yu, Miroslav Polojij, Yuanyuan Guo, Tze Chien Sum, Thomas Heine, dan Donglin Jiang, 13 Februari 2024, Katalisis Alam.
DOI: 10.1038/s41929-023-01102-3
+ There are no comments
Add yours