katalis palladium
Ahli Kimia Membuat Katalis
Palladium untuk Sel Bahan Bakar Lebih Efisien.
Kimia (dari bahasa Arab كيمياء "seni transformasi" dan bahasa
Yunani
χημεία khemeia "alkimia") adalah ilmu yang mempelajari
mengenai komposisi dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan atau
transformasi serta interaksi mereka untuk membentuk materi yang ditemukan
sehari-hari. Kimia juga mempelajari pemahaman sifat dan interaksi atom
individu dengan tujuan untuk menerapkan pengetahuan tersebut pada
tingkat makroskopik. Menurut kimia modern, sifat
fisik
materi umumnya ditentukan oleh struktur pada tingkat atom yang pada gilirannya
ditentukan oleh gaya
antaratom.
Kimia
sering disebut sebagai "ilmu pusat" karena menghubungkan berbagai
ilmu lain, seperti fisika, ilmu bahan, nanoteknologi, biologi, farmasi, kedokteran, bioinformatika, dan geologi [1]. Koneksi ini timbul melalui
berbagai subdisiplin yang memanfaatkan konsep-konsep dari berbagai disiplin
ilmu. Sebagai contoh, kimia
fisik
melibatkan penerapan prinsip-prinsip fisika terhadap materi pada tingkat atom dan molekul.
Kimia
berhubungan dengan interaksi materi yang dapat melibatkan dua zat atau antara
materi dan energi, terutama dalam hubungannya
dengan hukum pertama termodinamika. Kimia tradisional
melibatkan interaksi antara zat
kimia
dalam reaksi
kimia,
yang mengubah satu atau lebih zat menjadi satu atau lebih zat lain. Kadang
reaksi ini digerakkan oleh pertimbangan entalpi, seperti ketika dua
zat berentalpi tinggi seperti hidrogen dan oksigen elemental bereaksi membentuk
air, zat dengan entalpi lebih rendah. Reaksi kimia dapat difasilitasi dengan
suatu katalis, yang umumnya merupakan zat
kimia lain yang terlibat dalam media reaksi tapi tidak dikonsumsi (contohnya
adalah asam
sulfat
yang mengkatalisasi elektrolisis air) atau fenomena
immaterial (seperti radiasi elektromagnet dalam reaksi fotokimia). Kimia tradisional juga
menangani analisis zat kimia, baik di
dalam maupun di luar suatu reaksi, seperti dalam spektroskopi.
Kimia juga
dapat memberikan manusia kemudahan-kemudan dalam kehidupanPeralatan-peralatan
kecil pun membutuhkan tenaga dan banyak tenaga listrik bersumber dari sel bahan
bakar (Fuel cell). Sebagaimana peralatan tersebut menjadi semakin
kecil permintaan yang sangat mendesak dibutuhkan saat ini adalah mencari cara
yang lebih efisien untuk member tenaga untuk peralatan tersebut.
Beberapa
tahun yang lalu, para ahli telah menemukan logam Palladium (Pd), yang merupakan
kandidat kuat untuk menyediakan kenaikan tenaga listrik awal (initial boost)
yang membantu menyalakan sel bahan bakar. Palladium jauh lebih murah daripada
katalis se bahan bakar populer lainnya, Platinum, dan lebih melimpah.
Para
peneliti berusaha mendapatkan pemecahan dengan membuat nanopartikel Palladium
dengan area permukaan aktif yang cukup untuk membuat katalis lebih efisien
dalam sel bahan bakar sewaktu mencegah partikel dari penggumpalan bersama-sama
selama berlangsungnya proses kimia yang menkonversi bahan bakar menjadi
listrik. Dua ahli kimia Universitas Brown telah menemukan cara untuk menghadapi
tantangan ini.
A platinum
alternative: Brown researchers have found a way to create a larger active
surface area with palladium nanoparticles to catalyze energy-producing
reactions in a fuel cell. (Credit: Image courtesy of Brown University)
Para
ahli melaporkan dalam edisi online “Journal of The American Chemical
Society” bahwa mereka telah membuat nanopartikel Palladium dengan luas
permukaan 40% lebih besar daripada partikelPalladium yang umumnya tersedia.
Katalis Brown juga empat kali tetap utuh daripada katalis yang digunakan
sekarang ini. “Pendekatan baru”, kata Vismadeb Mazumder, Mahasiswa S2 yang
bergabung dengan professor Kimia , Shouheng Sun pada papernya. “Ini dua kali
lebih aktif yang berarti bahwa Anda membutuhkan setengah energy untuk
mengakatalisis. Dan ini empat (4) kali lebih satbil”.
Mazumder
dan Sun membuat nanopartikel Palladium berukuran 4,5 nm. Mereka melekatkan
nanopartikel tersebu ke platform karbon pada ujung anoda dari sel bahan bakar
asam format langsung (direct formic acid fuell cell). Peneliti
melakukan hal yang baru yaitu mereka menggunakan / memanfaatkan ikatan lemah
ligan-ligan amino untuk menjaga nanopartikel Palladium memisah dan tetap berada
pada ukuran yang sama seperti ketika Palladium tersebut dilekatkan pada
platform karbon. Dengan tetap menjaga partikel-partikel tersebut memisah dan
berukuran seragam, partikel-partikel Palladium tersebut meningkatkan
ketersediaan area permukaan pada platform dan memperbesar efisiensi sel bahan
bakar (Fuel cell).
“Ini
bekerja lebih baik”, kata Sun. Ada hal yang juga special dari ligan-ligan
tersebut adalah “dapat dicuci” dari platform
karbon tanpa merusak integritas pemisahan nanopartikel palladium. Hal ini
merupakan langkah penting karena usaha sebelumnya untuk memindahkan atau
menghilangkan ikatan bahan-bahan yang menyebabkan partikel-partikel kehilangan
ukuran kaku mereka dan membentuk gumpalan secara bersama-sama, yang melekat
selam reaksi berlangsung.
Tim
Brown mengatakan dalam eksperimen yang menghabiskan waktu 12 jam , katalis
Brown kehilangan 16% area permukaan dibandingkan dengan 64% kehilangan
areapermukaan pada katalis komersial lainnya. “Kami mengatur keadaan pelemahan
dari katalis kami dengan menggunakan pendekatan kami”, kata Mazumder, yang
bekerja pada tahun ke dua di Laboratorium Sun. “Kami membuat nanopartikel Palladium kualitas tinggi, meletakkannya
pada penopang atau penahan secara efisien, kemudian memindahkan dari
stabilisator secara efisien tanpa mengubah kualitas katalis.”
Ahli
kimia Universitas Brown sekarang mulai memandang pada katalis berbasis
Palladium dengan memperbesar aktivitas dan stabilitas untuk aplikasi sel bahan
bakar di masa yang akan datang. “Kami ingin membuatnya lebih murah dengan
aktivitas yang sama” kata Mazumder.
Penelitian
ini didanai oleh Division of Materials Research of The National Science
Foundation dan A Brown Seed Fund.
Industri
kimia adalah salah satu aktivitas ekonomi yang penting. Top 50 produser kimia
dunia pada tahun 2004 mempunyai penjualan sebesar USD $587 milyar dengan profit
margin sebesar 8.1% dan penegluaran rekayasa (research and development) sebesar
2.1% dari total penjualan kimia.
Oleh
karena itu, para pelajar saat ini dapat membuat suatu penelitian sekecil
mungkin agar kelak dapat menjadi ilmuan suksek yang dapat membuat alternative
energi di dunia ini.