Bhataramedia.com – Suatu sistem molekuler yang menjanjikan untuk penangkapan dan penyimpanan karbon dioksida telah dimodifikasi, sehingga saat ini juga menjanjikan sebagai katalis untuk mengkonversi karbon dioksida menjadi produk kimia yang berharga.
Para peneliti dari U.S. Department of Energy (DOE) ‘s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) telah memasukkan molekul dari katalis pereduksi karbon dioksida ke dalam kristal mirip spons dari covalent organic frameworks (COFs). Hal ini menciptakan sistem molekuler yang tidak hanya menyerap karbon dioksida, tetapi juga secara selektif mereduksinya menjadi karbon monoksida, yang berfungsi sebagai sebuah blok bangunan utama untuk berbagai produk kimia termasuk bahan bakar, obat-obatan dan plastik.
“Sudah ada banyak upaya untuk mengembangkan katalis homogen atau heterogen untuk karbon dioksida, tetapi keindahan menggunakan COFs adalah bahwa kita dapat mencampur dan menyesuaikan dengan cara terbaik. Artinya kita memiliki kontrol molekuler melalui pilihan katalis ditambah sifat kristal yang kuat dari COF,” kata Christopher Chang, seorang ahli kimia Berkeley Lab’s Chemical Sciences Division, dan wakil pemimpin penelitian ini.
“Untuk saat ini, bahan berpori tersebut telah digunakan terutama untuk menangkap dan pemisahan karbon, tetapi bahan tersebut juga menunjukkan dapat digunakan untuk katalis karbon dioksida, hasil penelitian kami membuka sejumlah besar aplikasi potensial pada katalisis dan energi.”
Chang dan Omar Yaghi, seorang ahli kimia Berkeley Lab’s Materials Sciences Division, yang menemukan COFs, adalah penulis koresponden dari penelitian yang dideskripsikan secara rinci di jurnal Science tersebut. Penulis utamnya adalah Song Lin, Christian Diercks dan Yue-Biao Zhang. Rekan penulis lainnya adalah Nikolay Kornienko, Eva Nichols, Yingbo Zhao, Aubrey Paris, Dohyung Kim dan Peidong Yang.
Chang dan Yaghi akan terus bekerjasama dengan University of California (UC) Berkeley. Chang juga merupakan seorang peneliti di Howard Hughes Medical Institute (HHMI). Yaghi adalah wakil direktur Kavli Energy NanoScience Institute (Kavli-ENSI) di UC Berkeley.
Ketenaran karbon dioksida akan dampaknya terhadap atmosfer dan perubahan iklim global telah menutupi nilainya sebagai sumber karbon yang berlimpah, terbarukan, tidak beracun dan tidak mudah terbakar untuk pembuatan produk kimia yang banyak digunakan. Seiring dengan upaya pengurangan emisi karbon dioksida di atmosfer, Yaghi dan kelompok riset di University of Michigan pada tahun 2005 merancang dan mengembangkan COFs pertama, sebagai sarana memisahkan karbon dioksida dari gas buang. Sebuah COF adalah kristal tiga dimensi berpori terdiri dari kerangka kompak yang terlipat erat, yang memiliki luas permukaan internal yang luar biasa besar. Sebuah COF dengan ukuran kubus gula kalau dibuka akan menyelimuti lapangan sepak bola. Kualitas seperti spons dari luas permukaan internal COF ini memungkinkan sistem untuk menyerap dan menyimpan molekul yang ditargetkan dalam jumlah besar, seperti karbon dioksida.
Saat ini, melalui teknik lain yang dikembangkan oleh Yaghi, yang disebut “kimia retikuler,” yang memungkinkan sistem molekuler untuk “dijahit” menjadi struktur seperti jaring yang diikat bersama oleh ikatan kimia yang kuat, para peneliti dari Berkeley Lab mampu menanamkan kerangka molekuler COF dengan katalis porfirin (molekul organik berbentuk cincin dengan atom kobalt pada intinya). Porfirin adalah konduktor listrik yang sangat bagus dalam mengangkut elektron untuk karbon dioksida.
“Fitur utama dari COFs adalah kemampuannya untuk memodifikasi situs kimia aktif dengan kontrol tingkat molekul melalui penyesuain blok bangunan yang terdiri dari COF framework,” kata Yaghi. “Ini memberi keuntungan yang signifikan di atas katalis solid-state lainnya, di mana penyesuaian sifat katalitik dengan tingkat desain rasional tetap menjadi tantangan utama. Karena porfirin COFs stabil dalam air, mereka dapat beroperasi di air elektrolit dengan selektifitas yang tinggi melebihi reaksi reduksi air, yang merupakan persyaratan penting untuk bekerja dengan emisi gas buang. ”
Pada uji kinerja, porfirin COF menampilkan aktivitas katalitik yang tinggi (hingga 290.000, yang berarti satu porfirin COF dapat mereduksi 290.000 molekul karbon dioksida menjadi karbon monoksida setiap detik). Ini merupakan peningkatan 60 kali lipat dibandingkan molekul katalis porfirin kobalt dan menempatkan porfirin COF di antara katalis tercepat dan paling efisien dari semua agen pereduksi karbon dioksida yang dikenal. Selanjutnya, tim peneliti percaya ada banyak ruang untuk lebih meningkatkan kinerja dari porfirin COF.
“Kami saat ini berusaha untuk meningkatkan jumlah kobalt elektroaktif di pusat dan mencapai ptensi yang lebih tinggi, sembari tetap menjaga aktivitas dan selektivitas yang tinggi untuk reduksi karbon dioksida di atas reduksi proton,” kata Chang. “Selain itu kami sedang bekerja untuk memperluas jenis produk karbon yang dapat dibuat dengan menggunakan COF dan kerangka terkait.” ungkap Chang.
Referensi Jurnal :
S. Lin, C. S. Diercks, Y.-B. Zhang, N. Kornienko, E. M. Nichols, Y. Zhao, A. R. Paris, D. Kim, P. Yang, O. M. Yaghi, C. J. Chang. Covalent organic frameworks comprising cobalt porphyrins for catalytic CO2 reduction in water. Science, 2015; DOI: 10.1126/science.aac8343.
