Pengamatan Langsung Mekanisme Fotopenyalaan Nanorod Emas Buka Potensi Energi Surya

Sebuah kemajuan mendasar dalam ilmu material dan katalisis telah dicapai melalui pengamatan langsung dan pemodelan proses fotopenyalaan yang terjadi pada nanorod emas yang berfungsi sebagai fotokatalis. Fenomena ini memiliki relevansi krusial karena nanorod emas menunjukkan potensi signifikan dalam memanfaatkan energi cahaya untuk memicu reaksi kimia spesifik, termasuk konversi karbon dioksida menjadi bahan bakar atau produksi hidrogen dari air. Penelitian ini memberikan pemahaman baru mengenai interaksi partikel logam pada skala nano dengan foton, sebuah proses yang sebelumnya sulit dipahami secara rinci.

Tim peneliti yang dipimpin oleh fisikawan Dr. Wouter Koopman dari Universitas Potsdam berhasil memvisualisasikan secara langsung mekanisme pengisian muatan ini di bawah iluminasi cahaya. Pengamatan terperinci mengungkapkan bahwa penyinaran memicu penciptaan pasangan elektron-lubang dalam nanorod. Lubang-lubang tersebut kemudian bereaksi dengan molekul di sekitarnya, seperti etanol, sementara elektron tetap terperangkap di dalam partikel, yang menghasilkan fenomena fotopenyalaan atau penumpukan muatan. Dr. Koopman, yang memiliki tujuan penelitian untuk mewujudkan fotosintesis buatan, merumuskan bahwa partikel-partikel ini bertindak sebagai elektroliser skala nano tanpa memerlukan sumber tegangan eksternal.

Temuan ini menggarisbawahi peran nanorod sebagai antena mikroskopis yang secara efektif mengubah energi cahaya menjadi osilasi elektron kolektif, sebuah konsep yang digambarkan sebagai kapasitor fotokimia yang menyimpan muatan pada permukaannya. Dr. Felix Stete, penulis pertama dan koordinator ilmiah proyek, menambahkan bahwa cahaya saja sudah cukup untuk menghasilkan potensial listrik antara satu nanopartikel tunggal dan lingkungannya. Penelitian ini merupakan bagian integral dari Pusat Penelitian Kolaboratif (CRC) SFB 1636, yang didanai oleh German Research Foundation (DFG) dan telah aktif sejak tahun 2024.

CRC 1636, yang secara resmi dikenal sebagai "Elementare Prozesse lichtgetriebener Reaktionen an nanoskaligen Metallen" (Proses Elementer Reaksi yang Didorong Cahaya pada Logam Skala Nano), melibatkan keahlian interdisipliner mulai dari nano-optik, fisika materi terkondensasi, kimia fisik, hingga kimia organik dan anorganik. Institusi yang terlibat meliputi Universitas Potsdam, dengan Dr. Koopman sebagai Investigator Utama dan Dr. Stete sebagai koordinator. CRC ini bertujuan mengembangkan pemahaman mikroskopis fundamental mengenai proses elementer yang mengarah pada reaksi kimia yang didorong cahaya, dengan fokus pada langkah-langkah elementer ultra-cepat.

Relevansi temuan ini sangat tinggi mengingat kebutuhan global akan solusi energi berkelanjutan dan teknologi konversi kimia yang efisien. Kemampuan untuk mengamati dan memodelkan mekanisme pengisian muatan secara langsung ini menyediakan kerangka kerja fisik konkret untuk mengoptimalkan reaksi kimia yang diinduksi oleh cahaya. Hal ini membuka jalan bagi kontrol yang ditargetkan terhadap sistem katalitik dan reaksi kimia yang digerakkan oleh cahaya, yang berpotensi mengarah pada pengembangan reaktor kimia bertenaga surya dan teknologi penyimpanan energi baru. Sebagai bagian dari upaya diseminasi, proyek Z04 dalam SFB 1636 berfokus pada pengembangan materi ajar untuk sekolah menengah atas guna menjembatani penelitian mutakhir tentang sifat dan aplikasi logam skala nano kepada publik ilmiah muda.