Mengenal Material Fotokatalis dan Proses Fotokatalisis
Material fotokatalis atau semikonduktor merupakan salah satu
material yang memanfaatkan proses fotokatalisis yakni suatu proses kombinasi
anatara fotokimia dan katalisis. Hal ini merupakan proses transformasi kimiawi
yang melibatkan bantuan foton atau sinar sebagai pemicu dan pemercepat
berlangsungnya proses transformasi tersebut. Proses ini memiliki kemiripan
dengan proses yang terjadi pada tumbuhan yakni mekanisme fotosintesis [1].
Material fotokatalis cukup beraneka macamnya seperti (1) fotokatalis oksida TiO2,
ZnO, FeO3 dan V2O5; (2) jenis sulfida seperti
FeS, ZnS, MoS2, CdS dan PbS; (3) jenis selenida seperti CdSe; (4)
semikonduktor duo system yang
menggunakan TiO2 dengan CdS, SnO2, ZnO atau CdSe [1]
hingga fotokatalis baru-baru ini yang telah diteliti yakni jenis fosfat Ag3PO4
[2-3] dan SrSn(OH)6 [4].
Umumnya proses yang terjadi pada material fotokatalis
dimanfaatkan pada berbagai bidang kehidupan diantaranya anti kabur, penghilang
bau, material self-cleaning pemurnian
dan penjernihan air, antibakteri, anti tumor atau kanker bahkan digunakan
sebagai pembangkin tenaga listrik [5], degradasi berbagai polutan cair seperti
pewarna Rhodamin B [6-7], metilen biru dan orange [8-10], degradasi bisfenol [11],
penurunan polutan gas di udara seperti HC, NO2, SO2 [12],
CO2 [13], deaktivasi mikroorganisme seperti E.coli, S.aerus dan
E.faecalis [14-17] serta beberapa jenis jamur seperti C.albicans dan A.niger
[14].
 |
Gambar 1. Ilustrasi semikonduktor
atau material fotokatalis
|
Mekanisme fotokatalisis secara sederhana diilustrasikan pada
Gambar 1 sesuai dengan beberapa skema mekanisme yang sudah ada sebelumnya [18].
Semikonduktor bertipe-n (electron donation)
apabila dikenai sinar atau foton (1) sesuai atau melebihi energi celah pita
material fotokatalis (5), maka elektron akan tereksitasi (4) dari keadaan dasar
(2) atau gorund state (valence band/pita valensi) ke tingkatan
energi yang lebih tinggi (3) atau excited
state (conduction band/pita
konduksi) menghasilkan hole (h+)
[19-20]. Dalam tahap ini energi celah pita atau band gap energy menunjukkan panjang gelombang dari sinar yang
efektif terserap pada material fotokatalis. Setelah elektron dan hole terpisah, sebagian besar elektron
dan hole ini akan berinteraksi
kembali di permukaan atau bulk
partikel atau yang disebut dengan efek rekombinasi seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2. Masing-masing baik elektron atau hole akan mengalami proses reduksi (7) dan oksidasi (6) ke
substrat.
Mekanisme reduksi dan oksidasi (redox mechanism) melalui terbentuknya hole dan elektron dimanfaatkan dalam proses degradasi substrat yang
bersinggungan dengan permukaan fotokatalis. Baik elektron atau hole mampu menghasilkan ion reaktif yang
dapat dimanfaatkan dalam proses dekativasi dan penguraian kontaminan atau mikroorganisme
merugikan. Elektron dalam hal ini akan berinteraksi dengan udara atau oksigen
(O2) menghasilkan radikal superoksida (•O2-),
sedangkan hole dapat berinteraksi dengan molekul air (H2O)
memebentuk radikal aktif hidroksil (OH•) dan H2O+
[1]. Radikal-radikal ini akan terus dapat dihasilkan selama material
fotokatalis diinduksi oleh sinar atau foton dan akan mmenguraikan senyawa
organik menjadi molekul-molekul kecil seperti CO2, H2O
dan asam mineral.
 |
Gambar 2. Ilustrasi elektron
terksitasi (a) dan rekombinasi (b)
|
Proses pembetukan radikal aktif oleh material fotokatalis secara
umum dapat ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut [21]:
fotokatalis + hv → h+ + e-
h+ + H2O → •OH +
H+
h+ + OH- → •OH
h+ + polutan →
(polutan)+
e- + O2 → •O2-
•O2- + H+ →
•OOH
2•OOH → O2 + H2O2
H2O2 + •O2-
→
•OH + OH- + O2
H2O2 + hv → 2•OH
polutan + (•OH, h+, •OOH atau O2‑)
→
produk degradasi
Daftar Pustaka
1.
Balittro, R., 2012, Warta
Penelitian dan Pengembangan Tanaman Industri, 18(1), pp. 15-20.
2.
Sulaeman, U., I.R. Nisa, A. Riapanitra, P. Iswanto, S. Yin, dan T.
Sato, 2014, Advanced Materials Research,
896, pp. 141-144.
3.
Febiyanto, I.V. Elinai, U. Sulaeman, A. Riapanitra, 2016, AIP Conference Proceeding 1725 (1):
020021
4. Luo, Y., J. Chen, J. Liu, Y. Shao, X. Li dan Danzhen L., 2015, Applied Catalysis B: Environmental, 182:
533-540.
5.
Dony, N., H. Azis dan
Syukri, 2013,, Media Sains, 5(1), pp.
66-74.
6.
Ge, M., 2014, Chinese Journal of Catalys, 35, pp. 1410-1417.
7.
Yan, Y., H. Guan, S. Liu dan R. Jiang., 2014, Cermaic International, 40, pp. 9095-9100.
8.
Dong, P., Y.Yin, N. Xu, R. Guan, G. Hou, dan Y. Wang, 2014, Material Research Bulletin, 60, pp.
682-689.
9.
Wang, B., L. Wang, Z. Hao dan Y. Luo, 2015, Catalysis Communications, 58, pp.
117-121.
10.
Yan, X., Q. Gao, J. Qin, X. Yang, Y. Li dan H. Tang, 2013, Ceramic International, 39, pp.
9715-9720.
11. Katsumata,
H., M. Taniguchi, S. Kaneco, dan T. Suzuki, 2013, Catalysis Communications, 34, pp. 30-34.
12. Agusta,
D., 2012, Uji Adsorpsi Gas CO Pada Asap Kebakaran dengan Menggunakan Karbon
Aktif dari Arang Tempurung Kelapa yang Terimpegnasi TiO2, Skripsi, Fakultas Teknik Universitas
Indonesia.
13. Basuki,
K.T., 2007, JFN, 1, pp. 45-64.
14. Mitoraj,
D., A. Janczyk, M. Strus, H. Kisch, G. Stochel, P.T. Heczko dan W. Macyk, 2007,
Photochemical & Photobiological
Sciences, 6, pp. 642-648.
15.
Hayden, S.C., N.K. Allam dan M.A.
El Sayed, 2010, J.Am.Chem.Soc, 132, pp. 14406-14408.
16. Hu,
C., J. Guo, J. Qu, dan X. Hu, 2007, Langmuir,
23, pp. 4982-4987.
17. Benabbou,
A.K., Z. Derriche, C. Felix, P. Lejeune dan G. Guillard, 2007, Applied Catalysis B: Environmental, 76,
pp. 257-263.
18.
Arutanti, O., M. Abdullah, Khairurrijal dan H. Mahfudz, 2009, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi,
pp. 53-55.
19. Chen, X., S.
Shen, L. Guo dan S.S. Mao, 2010, Chem.Rev,
110, pp. 6503-6570.
20.
Syam, B., dan H. Widyandari, 2014, Youngster Physic Journal, 2(1), pp.15-24.
21.
Dong, S., J. Feng, M.Fan, Y. Pi, L. Hu, M. Liu, J. Sun dan J. Sun,
2015, RSC Adv., pp. 1-75.
Leave a Comment