MXenes, Material 2D Revolusioner yang Ubah Udara Jadi Amonia untuk Energi dan Pupuk Ramah Lingkungan

PARA ilmuwan saat ini meneliti material ultra-tipis bernama MXenes yang memiliki potensi besar dalam inovasi teknologi. Material ini diyakini dapat merevolusi produksi amonia, komponen utama pupuk dan sumber energi, melalui proses yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan.

Material 2D ini menjadi sorotan karena kemampuannya mengubah komponen udara menjadi amonia, yang bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan industri pupuk maupun bahan bakar transportasi. Keunggulan MXenes terletak pada struktur kimianya yang dapat disesuaikan hingga tingkat atom, memungkinkan peneliti mengoptimalkan kinerjanya sebagai katalis ramah lingkungan.

Penelitian ini dipublikasikan dalam Journal of the American Chemical Society oleh tim yang dipimpin profesor teknik kimia Dr. Abdoulaye Djire dan Dr. Perla Balbuena, bersama kandidat doktor Ray Yoo.

Baca juga : Banyak Potensi Sumber Energi Terbarukan untuk Dimanfaatkan

Menantang Paradigma Lama dalam Desain Katalis

Dr. Djire dan timnya mencoba menantang pandangan lama bahwa efektivitas katalis hanya ditentukan oleh jenis logam yang digunakan.
“Kami ingin memperluas pemahaman tentang bagaimana material bekerja sebagai katalis dalam kondisi elektrokatalitik,” ujar Djire. 

“Pengetahuan ini diharapkan dapat membantu kami mengidentifikasi komponen utama yang diperlukan untuk menghasilkan bahan kimia dan bahan bakar dari sumber daya melimpah di bumi.”

Menyesuaikan Struktur Atom untuk Efisiensi Maksimal

Salah satu keunggulan MXenes adalah kemampuannya untuk “disetel” pada tingkat atom. Dengan memodifikasi interaksi atom nitrogen di dalam kisi material, peneliti dapat mengubah sifat getaran molekul yang memengaruhi kemampuan material tersebut dalam mempercepat reaksi kimia.

Baca juga : Optimalkan EBT untuk Sistem Kelistrikan Terintegrasi Antarpulau

“MXenes adalah kandidat ideal sebagai alternatif material berbasis logam transisi,” jelas Yoo. “Nitride MXenes memiliki potensi besar dalam bidang elektrokatalisis karena peningkatan performanya dibanding material karbida yang selama ini banyak diteliti.”

Simulasi dan Analisis Molekuler

Untuk memahami perilaku MXenes secara lebih mendalam, mahasiswa doktoral Hao-En Lai dari kelompok riset Dr. Balbuena melakukan studi komputasi guna memodelkan interaksi molekul di permukaannya. Hasil simulasi menunjukkan bagaimana pelarut berenergi berinteraksi dengan permukaan MXenes, membantu peneliti mengukur faktor penting dalam sintesis amonia.

Tim juga menganalisis perilaku getaran titanium nitrida menggunakan spektroskopi Raman, metode non-destruktif yang memberikan informasi detail tentang struktur dan ikatan material.

“Salah satu aspek penting penelitian ini adalah kemampuan spektroskopi Raman untuk mengungkap reaktivitas nitrogen dalam kisi,” kata Yoo. “Hal ini mengubah cara kita memahami sistem elektrokatalitik yang melibatkan MXenes.”

Menuju Energi Bersih di Tingkat Atom

Djire menegaskan, penelitian ini menunjukkan sintesis amonia secara elektrokimia dapat dilakukan melalui proses protonasi dan pengisian ulang nitrogen dalam struktur material.

“Tujuan utama proyek ini adalah memperoleh pemahaman hingga tingkat atom tentang peran setiap unsur penyusun material,” ujarnya.

Penemuan ini diharapkan menjadi langkah penting menuju pengembangan teknologi energi bersih dan pupuk ramah lingkungan yang lebih efisien dan berkelanjutan. (Science Daily/Z-2)