Tiongkok mencapai terobosan baru dalam penelitian tentang pengubahan air menjadi bahan bakar.

Keterangan foto

Para ilmuwan sedang memeriksa sampel material fotokatalitik semikonduktor titanium dioksida (TiO₂) yang telah dimodifikasi di Pusat Penelitian Material Shenyang – Institut Penelitian Logam, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, pada tanggal 7 April. Foto: Kantor Berita Xinhua

Lima belas abad yang lalu, penulis fiksi ilmiah Jules Verne meramalkan bahwa air akan menjadi bahan bakar utama di masa depan. Saat ini, para ilmuwan sedang berupaya mewujudkan ramalan tersebut menjadi kenyataan.

Liu Gang, direktur Institut Penelitian Logam di bawah Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok dan kepala tim peneliti, mengatakan bahwa kelompok penelitian ilmiah Tiongkok baru-baru ini telah mencapai terobosan di bidang "pemecahan air fotokatalitik untuk menghasilkan hidrogen".

Melalui "penataan ulang" dan "penggantian elemen" dalam material semikonduktor fotokatalitik titanium dioksida (TiO₂), tim tersebut secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi gas hidrogen langsung dari sinar matahari.

Temuan penelitian terkait dipublikasikan di Journal of the American Chemical Society pada tanggal 8 April.

Saat ini, ada dua metode utama untuk memproduksi hidrogen dari energi matahari.

Salah satu metodenya adalah menggunakan panel surya untuk menghasilkan listrik, kemudian melakukan elektrolisis air – meskipun sangat efisien, peralatannya kompleks dan mahal.

Metode kedua adalah fotolisis langsung menggunakan sinar matahari – memanfaatkan bahan semikonduktor seperti titanium dioksida untuk "memecah air" di bawah sinar matahari.

Tim Liu Gang memfokuskan penelitian mereka pada metode kedua.

Menurut penjelasan tersebut, metode tradisional menggunakan titanium dioksida untuk memecah air menghadapi kendala utama: ketika cahaya menyinari titanium dioksida, partikel bermuatan (elektron dan lubang) dihasilkan di dalamnya, yang merupakan "alat" untuk memecah air. Namun, elektron dan lubang ini tidak stabil.

Liu Gang menjelaskan: “Elektron dan lubang itu seperti mobil balap yang tersesat, menabrak secara sembarangan di labirin struktur material; sebagian besar akan bergabung kembali dan menghilang dalam sepersejuta detik. Lebih jauh lagi, fabrikasi suhu tinggi sering menyebabkan atom oksigen 'meninggalkan rumahnya,' menciptakan kekosongan oksigen dan menjebak elektron, yang semuanya mengurangi efisiensi reaksi fotokatalitik.”

Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti secara kreatif memperkenalkan unsur "tetangga" titanium dalam tabel periodik – Skandium (Sc) – untuk meningkatkan titanium dioksida. Hasilnya menunjukkan bahwa Skandium memiliki tiga keunggulan utama:

Pertama, jari-jari ion Sc sebanding dengan jari-jari ion Ti, sehingga dapat tertanam dalam kisi kristal tanpa mendistorsi struktur.

Kedua, keadaan valensi Sc yang stabil membantu menetralkan ketidakseimbangan muatan yang disebabkan oleh celah oksigen.

Ketiga, ion Sc dapat menata ulang permukaan kristal, menciptakan struktur permukaan khusus, seperti membangun "jalan raya dan persimpangan untuk elektron dan lubang elektron," yang membantu mereka keluar dari labirin dengan lebih mudah.

Berkat penyesuaian yang canggih, tim tersebut berhasil membuat titanium dioksida dengan kinerja luar biasa: kapasitas penyerapan ultravioletnya melebihi 30%, dan efisiensi produksi hidrogennya di bawah sinar matahari simulasi meningkat 15 kali lipat dibandingkan dengan material serupa, menetapkan rekor baru dalam sistem material ini.

Bapak Liu Gang menyatakan: "Jika bahan ini digunakan untuk membuat panel fotokatalitik seluas 1 meter persegi, di bawah sinar matahari, panel tersebut dapat menghasilkan sekitar 10 liter gas hidrogen per hari."

Para peneliti menambahkan bahwa titanium dioksida adalah material anorganik yang banyak digunakan dalam industri, dengan Tiongkok menyumbang lebih dari 50% produksi global, membentuk rantai industri yang lengkap. Sementara itu, Tiongkok juga memiliki cadangan unsur tanah jarang skandium terbesar di dunia . Hal ini menciptakan potensi keunggulan industri untuk pengembangan dan penerapan material fotokatalitik di masa depan.

Seiring dengan terus meningkatnya efisiensi pemecahan air fotovoltaik, teknologi ini berpotensi untuk diaplikasikan dalam produksi skala industri, mendorong transformasi struktur energi global.

Sumber: https://baotintuc.vn/khoa-hoc-cong-nghe/trung-quoc-dat-dot-pha-moi-trong-tien-trinh-nghien-cuu-bien-nuoc-thanh-nhien-lieu-20250409112539937.htm

Komentar (0)