2020 : Karbon Berpori Nano turunan ZIF sebagai Material Penyimpan Hidrogen

Hamzah Fansuri S.Si., M.Si., Ph.D
Nurul Widiastuti S.Si,M.Si., Ph.D
Dr. Triyanda Gunawan S.Si

External link

Type

RESEARCH

Keywords

-


Abstract

Teknologi efektif untuk penyimpan hidrogen yang memiliki performa baik dalam segi kapasitas penyimpanannya merupakan salah satu faktor terpenting dalam perkembangan sains di bidang bahan bakar hidrogen sebagai energi terbarukan. Penyimpanan dalam material padat sangatlah efektif karena tidak membutuhkan energi yang tinggi dalam prosesnya. Metal organic frameworks (MOF) telah banyak dilaporkan sebagai material penyimpan hidrogen namun MOF memiliki beberapa kekurangan diantaranya tidak tahan terhadap air/uap dan tidak tahan dengan suhu tinggi karena stabilitas termalnya yang rendah sehingga dapat menjadi faktor penghambat dalam proses aplikasi sekala industri. Selain itu, beberapa MOF memiliki kapasitas penyerapan hidrogen yang sangat rendah pada suhu kamar karena interaksi yang lemah antara molekul hidrogen dan kerangka MOF berpori. Salah satu cara untuk mengatasi masalah di atas adalah dengan membentuk material karbon berpori yang memiliki distribusi logam tidak jenuh pada permukaan. Penelitian terbaru melaporkan bahwa Metal Organic Frameworks (MOF) telah menarik minat yang luar biasa sebagai prekursor unik untuk nanomaterial berbasis karbon melalui karbonisasi temperatur tinggi dalam kondisi anaerobik. MOF dapat memberikan peluang khusus untuk memperoleh material karbon heteroatom-doped yang sangat efektif dengan non logam atau logam yang berbeda bergantung pada jenis MOF yang digunakan. ZIF-67 merupakan salah satu jenis MOF yang tersusun atas logam kobalt dan ligan berbasis imidazol yang kaya atom N. Preparasi kobalt-nitrogen-karbon melalui karbonisasi ZIF-67 memiliki beberapa keuntungan diantaranya: (1) merupakan metode yang efektif karena melalui satu tahapan reksi, (2) distribusi kobalt dalam matriks karbon yang homogen dibandingkan dengan metode konvensional melalui impregnasi dua tahap reaksi atau doping, dan (3) keberadaan atom kobalt dan nitrogen yang secara sinergis mampu bertindak sebagai sisi aktif ketika diaplikasikan sebagai material penyimpan hidrogen. Kitosan merupakan biopolisakarida yang mengandung nitrogen yang telah banyak digunakan sebagai adsorben. Gugus amino (-NH2) dan hidroksil (-OH) pada struktur kitosan dapat bertindak sebagai sisi aktif yang mampu mengikat adsorbat. Keberadaan kobalt dan nitrogen pada karbon nanopori diketahui dapat mempengaruhi kinerjanya sebagai adsorben, sehingga dalam penelitian ini dilakukan penambahan kitosan sebagai sumber nitrogen tambahan pada sintesis ZIF-67 secara in-situ sebagai prekusor kobalt-nitrogen-karbon. Material hasil sintesis kemudian akan dikarakterisasi menggunakan XRD, FTIR, SEM, Adsorpsi-desorpsi N2 dan TGA. Pengaruh keberadaan kobalt dan nitrogen akan dipelajari lebih lanjut dalam kinerjanya sebagai penyimpan hidrogen. Penelitian Laboratorium ini melibatkan sedikitnya 3 mahasiswa S1 serta merupakan penelitian pendukung unggulan yang mendukung roadmap penelitian Laboratorium Kimia Material dan Energi (sudah LBE), serta sesuai dengan roadmap penelitian Pusat Studi Energi Berkelanjutan. Luaran dari penelitian berupa artikel-artikel ilmiah yang dipublikasi dalam Seminar Nasional, Seminar Internasional terindeks dan Jurnal Internasional terindeks Scopus (Q2) serta meluluskan mahasiswa S1 dan S2, Draft Buku Ajar serta draft Paten.