Sistem Z-scheme heterojunction pada material fotokatalis

Fotokatalis merupakan salah satu material semikonduktor yang memanfaatkan cahaya baik pada daerah UV hingga tampak untuk berlangsungnya proses eksitasi elektron dari keadaan energi rendah (ground state) ke level atau tingkatan energi yang lebih tinggi (excited state). Penggunaan material ini telah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang kehidupan di sekitar kita. Misalnya, diterapkan dalam sistem model swa-bersih (self-cleaning), anti bakteri, anti mikroorganisme, anti polutan, anti kabur, fotoreduksi logam dan lain sebagainya. Saat ini saya sedang meneliti tentang material fotokatalis berbasis perak yakni material fotokatalis perak ortofosfat atau Ag₃PO₄. Dibandingkan dengan material fotokatalis lainnya, fotokatalis ini memiliki sifat yang mampu aktif pada daerah cahaya tampak dan kemampuan aktivitas katalisis yang tinggi terhadap berbagai jenis polutan seperti pewarna, polutan organik maupun anorganik. Namun, kelemahan yang ada dalam material ini adalah proses rekombinasi yang masif seringkali membatasi aktivitas fotokatalitiknya.

Beberapa laporan penelitian yang telah dilakukan mengupayakan agar fotokatalis Ag₃PO₄ tidak hanya mampu menunjukkan performa aktivitas fotokatalitik yang baik untuk mendegradasi berbagai polutan namun juga stabil dalam proses penggunaan kembali atau perlakuan re-usability­-nya pada daerah cahaya tampak. Hal ini penting mengingat material fotokatalis dapat diterapkan dalam kondisi sistem uji yang begitu kompleks suatu saat nanti sehingga efisiensi penggunaan suatu material fotokatalis menjadi salah satu pertimbangan para peniliti yang sangat penting. Salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk meningkatkan daya re-usability­-nya sekaligus performa katalitiknya adalah melalui kombinasi Ag₃PO₄ dengan material fotokatalis lain membentuk sistem Z-scheme heterojunction. Sistem Z-scheme heterojunction merupakan salah satu kajian dalam fotokatalis yang telah banyak menarik perhatian para peneliti dan diuji hingga sekarang.

Jiali dan grup risetnya [1], mengungkapkan bahwa dibandingkan dengan fotokatalis dengan sistem tradisional (type-II heterojunction photocatalyst), sistem Z-scheme heterojunction menunjukkan kapasitas redoks yang lebih tinggi dengan pemisahan muatan pembawa (charge carrier) yang lebih baik. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, pada sistem Z-scheme heterojunction suatu elektron yang tereksitasi akibat induksi cahaya akan berpindah dari pita valensi (valence band or VB) ke pita konduksi (conduction band or CV) suatu material fotokatalis A. Elektron yang berada pada pita konduksi material fotokatalis A akan ditransfer ke pita valensi dari material fotokatalis B. Secara sederhana, elektron akan terakumulasi di pita valensi B dan hole (spesis positif) akan terakumulasi di pita valensi A. Melalui mekanisme ini, efisiensi pemisahan elektron pada fotokatalis A menjadi lebih baik dan proses rekombinasi diantara elektron (e^-) dan hole (h⁺) dapat diminimalisir.

Daftar Pustaka

1.      Xiaochun et al., 2019, Journal of Alloys and Compounds, 799: 113-123.