Sejak dahulu kala, reduksi elektrokimia karbon dioksida telah dianggap sebagai salah satu metode pembuangan karbon dioksida dengan potensi tertinggi. Proses ini berlangsung pada suhu dan tekanan standar, dan listrik dari panel surya atau pembangkit listrik tenaga angin dapat menjadi sumber energinya. Hasilnya adalah penerimaan bahan bakar atau bahan baku, sehingga melengkapi siklus karbon.
Sebagian besar katalis yang tersedia memiliki satu kendala serius: mereka menghasilkan produk primer, seperti karbon monoksida, asam format, atau metana. Namun, jauh lebih sulit untuk mensintesis senyawa polikarbonat (etilena atau etanol), yang sangat dibutuhkan dalam industri, karena untuk melakukannya, Anda tidak hanya perlu memutus ikatan dalam molekul CO₂, tetapi juga menghubungkan dua atom karbon menjadi satu molekul dengan mengatasi hambatan energi yang tinggi.
Untuk mengatasi hal ini, para ilmuwan mengusulkan solusi non-standar – mengintegrasikan atom-atom tembaga individual ke dalam matriks grafena yang mengandung nitrogen. Dalam material tersebut, setiap atom tembaga bekerja seperti pusat aktif dan berada pada kondisi terbaiknya.
Untuk mensintesis katalis, para peneliti mengaplikasikan ion tembaga pada permukaan oksida grafena, kemudian memaparkan material yang dihasilkan pada pemrosesan termal dengan adanya senyawa yang mengandung nitrogen. Hasilnya, atom-atom tembaga melekat erat pada struktur grafena dan stabil dalam bentuk yang paling sesuai untuk reaksi tersebut.
Dengan menggunakan metode analisis modern, seperti mikroskop elektron dan spektroskopi sinar-X terinduksi ion, para ilmuwan memastikan bahwa atom-atom tembaga terdistribusi secara merata di permukaan material dalam bentuk yang paling sesuai untuk katalisis. Pusat-pusat, tempat tembaga terikat dengan dua atom nitrogen, ternyata sangat penting – simpul-simpul tersebut menghasilkan reaktivitas dan selektivitas proses yang tinggi.
Uji elektrokimia menunjukkan hasil yang mengesankan. Pada tegangan -0,8 V saja, efisiensi konversi CO₂ mencapai 91%, dengan 59% di antaranya berupa etilena – bahan baku utama industri kimia modern. Ketika sebagian besar katalis dapat dikonversi menjadi senyawa sederhana, material baru ini mampu secara efisien mengarahkan reaksi menuju pembentukan ikatan karbon-karbon yang lebih rumit, yang meningkatkan nilai praktisnya.
Simulasi komputer berdasarkan teori fungsi kepadatan mengkonfirmasi hasil yang diterima.
Katalis juga menunjukkan stabilitas tinggi: bahkan setelah 20 jam kerja terus-menerus, aktivitasnya tetap tidak berubah.
Oleh karena itu, perkembangan ilmuwan India membuka cakrawala luas bagi industri energi dan kimia yang mengubah karbon dioksida dari ancaman terhadap iklim menjadi sumber daya yang paling berharga. (Tim Liputan)
Editor : Aan
