Banyaknya limbah organik rumah tangga yang belum terolah dan terus mencemari lingkungan merupakan realitas kehidupan masyarakat Indonesia saat ini. Berawal dari permasalahan yang dihadapi dalam keseharian tersebut, tim riset mahasiswa Fisika Universitas Negeri Malang (UM) dibawah bimbingan Prof. Dr. Markus Diantoro, M.Si. berhasil mengembangkan material fotokatalis magnetik berbahan Ag/Fe₃O₄/TiO₂ yang mampu membantu mengurai polutan limbah secara efisien dengan bantuan UV-Vis light. Metode fotokatalisis digunakan karena melibatkan eksitasi foton dari semikonduktor untuk menghasilkan pasangan elektron-hole sehingga dapat berperan dalam degradasi polutan limbah organik.
Titanium dioksida (TiO₂) merupakan salah satu semikonduktor yang banyak digunakan sebagai fotokatalis karena memiliki stabilitas kimia yang tinggi, tidak beracun, serta biaya produksi yang relatif rendah. TiO₂ mampu menghasilkan pasangan elektron (e⁻) dan hole (h⁺) ketika disinari cahaya ultraviolet, yang kemudian berpartisipasi dalam proses oksidasi dan reduksi terhadap polutan organik di dalam air. Namun demikian, TiO₂ memiliki beberapa keterbatasan, seperti aktivitas fotokatalitik yang rendah di bawah cahaya tampak akibat band gap yang besar (sekitar 3,2 eV), serta tingkat rekombinasi elektron dan hole yang tinggi. Selain itu, TiO₂ dalam bentuk nanopartikel murni sulit dipisahkan kembali dari larutan setelah proses reaksi berlangsung, sehingga menghambat penggunaannya secara berulang.
Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, material Fe₃O₄ (magnetit) sering dikombinasikan dengan TiO₂. Fe₃O₄ memiliki sifat magnetik yang kuat sehingga dapat memudahkan pemisahan katalis dari sistem reaksi hanya dengan menggunakan magnet eksternal. Selain itu, Fe₃O₄ juga berperan sebagai penyangga (support) yang dapat meningkatkan luas permukaan katalis serta memfasilitasi transfer elektron antar komponen, sehingga membantu mengurangi laju rekombinasi muatan pada TiO₂. Meskipun demikian, Fe₃O₄ memiliki kelemahan berupa kecenderungan mudah teroksidasi menjadi Fe₂O₃ yang kurang aktif secara fotokatalitik serta memiliki aktivitas fotokatalitik yang rendah jika digunakan secara tunggal.
Penambahan logam perak (Ag) ke dalam sistem komposit TiO₂/Fe₃O₄ dapat semakin meningkatkan kinerja fotokatalitik. Partikel Ag mampu meningkatkan penyerapan cahaya pada daerah tampak melalui efek surface plasmon resonance (SPR), sehingga memperluas spektrum kerja katalis. Selain itu, Ag dapat berfungsi sebagai perangkap elektron (electron sink), yang efektif dalam menekan rekombinasi pasangan elektron-hole pada TiO₂. Ag juga dapat mempercepat transfer muatan antar permukaan TiO₂ dan Fe₃O₄, meningkatkan efisiensi fotokatalitik secara keseluruhan. Namun, penggunaan Ag yang berlebihan dapat menutupi permukaan aktif TiO₂ dan menurunkan efisiensi reaksi, selain juga meningkatkan biaya produksi karena harga logam perak yang relatif tinggi.
Dengan demikian, pembentukan komposit TiO₂/Fe₃O₄/Ag bertujuan untuk menggabungkan keunggulan dari ketiga material tersebut sekaligus menutupi kelemahan masing-masing. TiO₂ berperan sebagai pusat reaksi fotokatalitik, Fe₃O₄ memberikan sifat magnetik serta memperbaiki transfer muatan, sementara Ag berfungsi meningkatkan serapan cahaya tampak dan mencegah rekombinasi muatan. Kombinasi ketiganya menghasilkan efek sinergis yang mampu meningkatkan efisiensi fotokatalisis, memperluas aktivitas ke wilayah cahaya tampak, serta mempermudah pemisahan dan penggunaan ulang katalis. Oleh karena itu, komposit TiO₂/Fe₃O₄/Ag menjadi salah satu sistem fotokatalis yang potensial dan ramah lingkungan untuk degradasi zat organik seperti methylene blue.
Meskipun masih dalam tahap penelitian laboratorium dan menggunakan UV Light buatan, tim mahasiswa Fisika UM berharap penelitian ini dapat menjadi dasar pengembangan fotokatalis yang suatu hari dapat bekerja optimal di bawah cahaya matahari alami. Harapan kedepannya, penelitian ini dapat mendukung fokus riset material maju pada Rencana Induk Riset Nasional (RIRN) 2017-2045 oleh KEMENDIKTISTEK dan diimplementasikan dalam industri skala besar yang ada di Indonesia.
Follow Instagram @kompasianacom juga Tiktok @kompasiana biar nggak ketinggalan event seru komunitas dan tips dapat cuan dari Kompasiana. Baca juga cerita inspiratif langsung dari smartphone kamu dengan bergabung di WhatsApp Channel Kompasiana di SINI
