Nanokomposit hidrogel yang baru dikembangkan untuk produksi massal hidrogen

27 Apr 2023 (Berita Nanowerk) Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. HYEON Taeghwan di Pusat Penelitian Nanopartikel di Institute for Basic Science (IBS) di Seoul, Korea Selatan telah mengembangkan platform fotokatalitik baru untuk produksi massal hidrogen. Studi kelompok tersebut mengenai platform fotokatalitik mengarah pada pengembangan matriks fotokatalitik yang dapat mengapung, yang memungkinkan reaksi evolusi hidrogen yang efisien dengan keunggulan yang jelas dibandingkan platform produksi hidrogen konvensional seperti jenis film atau panel. Penelitian ini telah dipublikasikan di Nanoteknologi Alam (“Floatable photocatalytic hydrogel nanocomposites for large-scale solar hydrogen production”). A. Platform fotokatalitik terapung terdiri dari struktur bilayer, lapisan fotokatalitik, dan lapisan pendukung. B. Struktur platform yang berpori. C. Struktur platform yang berpori memiliki kemampuan mengapung. (Gambar: Institut Ilmu Pengetahuan Dasar) Pentingnya energi alternatif akhir-akhir ini semakin meningkat karena tantangan global seperti pencemaran lingkungan dan perubahan iklim. Di antara beberapa kandidat sumber energi alternatif, energi hidrogen yang dipanen melalui fotokatalisis sangat disoroti untuk produksi energi ramah lingkungan yang berkelanjutan. Oleh karena itu, banyak penelitian dan pengembangan telah dilakukan untuk meningkatkan efisiensi reaksi intrinsik fotokatalis. Namun, penelitian mengenai faktor bentuk sistem fotokatalitik, yang penting untuk penerapan praktis dan komersialisasinya, belum dieksplorasi secara aktif. Biasanya, sistem saat ini memasang bubuk katalis atau nanopartikel ke permukaan yang berbeda, seperti platform tipe lembaran partikulat, tipe film, dan tipe panel datar, yang terendam di bawah air. Mereka juga menghadapi permasalahan praktis seperti pencucian katalis, perpindahan massa yang buruk, dan reaksi balik. Mereka juga memerlukan perangkat tambahan untuk memisahkan dan mengumpulkan hidrogen yang dihasilkan dari air, sehingga menambah kompleksitas perangkat dan meningkatkan biaya. Tim di Pusat Penelitian Nanopartikel di IBS, dipimpin oleh Prof. Hyeon, merancang platform fotokatalitik jenis baru yang mengapung di atas air untuk produksi hidrogen yang efisien. Platform baru ini memiliki struktur bilayer, yang terdiri dari lapisan fotokatalitik atas dan lapisan pendukung bawah (Gambar 1A). Kedua lapisan terdiri dari polimer struktural berpori yang memberikan tegangan permukaan tinggi pada platform (Gambar 1B). Selain itu, platform ini dibuat dalam bentuk cryo aerogel, suatu zat padat berisi gas di dalamnya, yang memiliki kepadatan rendah. Akibatnya, elastomer-hidrogel tertanam dengan fotokatalis dapat mengapung di atas air (Gambar 1C). Platform ini menunjukkan keuntungan yang jelas dalam reaksi evolusi hidrogen fotokatalitik: pertama, redaman cahaya oleh air dapat dicegah, sehingga menghasilkan konversi energi matahari yang efisien. Kedua, produknya, gas hidrogen, dapat dengan mudah berdifusi ke udara, menghindari reaksi oksidasi terbalik dan mempertahankan hasil reaksi yang tinggi. Ketiga, air dapat dengan mudah disuplai ke katalis yang terletak di dalam matriks elastomer-hidrogel karena porositasnya. Terakhir, katalis diimobilisasi secara stabil di dalam matriks untuk pengoperasian jangka panjang tanpa masalah pencucian. Para peneliti secara eksperimental membuktikan kinerja evolusi hidrogen yang lebih unggul dari platform terapung, dibandingkan dengan platform terendam konvensional. Selain itu, skalabilitas platform, yang penting bagi potensi industrialisasi, juga ditunjukkan di bawah sinar matahari alami. Dipastikan bahwa sekitar 80 mL hidrogen dapat diproduksi oleh platform fotokatalitik terapung menggunakan atom tunggal tembaga dan katalis titania dengan luas 1 m2. Bahkan setelah 2 minggu beroperasi di air laut yang mengandung berbagai mikroorganisme dan benda terapung, kinerja evolusi hidrogen pada platform tersebut tidak terganggu. Prof Kim menyatakan, “Platform yang diusulkan bahkan dapat menghasilkan hidrogen dari larutan yang melarutkan limbah rumah tangga, seperti botol polietilen tereftalat. Oleh karena itu, platform ini dapat menjadi solusi daur ulang sampah yang berkontribusi terhadap masyarakat ramah lingkungan.” Khususnya, penelitian ini menyajikan platform umum untuk fotokatalisis efisien yang tidak hanya terbatas pada produksi hidrogen. Komponen katalitik dapat diganti untuk berbagai kegunaan yang diinginkan, tanpa mengubah sifat material aerogel yang dapat mengapung pada keseluruhan platform. Hal ini menjamin penerapan platform yang luas pada reaksi fotokatalitik lainnya, seperti reaksi evolusi oksigen, produksi hidrogen peroksida, dan pembentukan berbagai senyawa organik. “Studi ini mencapai kemajuan besar di bidang fotokatalisis dan menunjukkan potensi produksi hidrogen ramah lingkungan di laut dengan kinerja kelas dunia. Fitur material yang khas, kinerja tinggi, dan penerapan luas di bidang fotokatalisis platform kami tidak diragukan lagi akan membuka babak baru dalam energi alternatif,” kata Prof. Hyeon.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62908.php