Hidrogen telah lama disebut sebagai bahan bakar masa depan—energi bersih yang menjanjikan untuk menggantikan bahan bakar fosil. Namun, tantangan terbesar dalam teknologi ini adalah menemukan cara penyimpanan yang efisien. Penelitian terbaru oleh kolaborasi antara Chulalongkorn University (Thailand) dan Universitas Airlangga (Indonesia) menawarkan solusi menarik: penggunaan graphene quantum dots (GQDs) yang dimodifikasi untuk menyimpan hidrogen secara efektif. Publikasi ini menjadi salah satu wujud komitmen kedua universitas menuju world-class university melalui kolaborasi penelitian internasional.
Mengapa Quantum Dots Grafena?
GQDs merupakan material dengan struktur karbon berukuran nano memiliki luas permukaan besar, konduktivitas tinggi, dan fleksibilitas struktural yang menjadikannya kandidat ideal untuk penyimpanan hidrogen. Namun, GQDs murni memiliki keterbatasan dalam kapasitas adsorpsi hidrogen pada suhu ruang. Untuk mengatasi hal ini, para peneliti telah memodifikasi GQDs dengan mengganti karbon dengan nitrogen (4N-GQD) dan menambahkan ion logam seperti titanium (Ti²⁺), besi (Fe²⁺), tembaga (Cu²⁺), dan seng (Zn²⁺).
Penemuan Utama
Penelitian menggunakan pendekatan teori fungsional densitas (DFT) menunjukkan bahwa GQDs termodifikasi dengan titanium (Ti²⁺-4N-GQD) memiliki energi adsorpsi yang optimal, yaitu −0,221 eV. Angka ini berada dalam rentang ideal untuk penyimpanan hidrogen pada suhu ruang. Selain itu:
• Interaksi Elektron: Hidrogen yang teradsorpsi mentransfer elektron ke pusat logam, memperkuat ikatan.
• Deformasi Struktural: Adsorpsi hidrogen pada Ti²⁺-4N-GQD menghasilkan perubahan bentuk grafena menjadi lebih melengkung, yang mengindikasikan interaksi kuat.
• Medan Listrik Eksternal: Aplikasi medan listrik dapat mengatur desorpsi hidrogen, memungkinkan kontrol yang presisi atas penyimpanan dan pelepasan gas ini.
Kontribusi pada SDG 7: Energi Bersih dan Terjangkau
Penemuan ini memberikan kontribusi signifikan terhadap Sustainable Development Goal (SDG) 7, yaitu memastikan akses terhadap energi yang bersih, terjangkau, andal, dan berkelanjutan untuk semua. Teknologi penyimpanan hidrogen berbasis GQDs memungkinkan transisi energi dari bahan bakar fosil ke sumber energi terbarukan yang lebih ramah lingkungan.
Energi terbarukan, seperti tenaga surya dan angin, seringkali menghadapi tantangan ketidakstabilan produksi karena bergantung pada kondisi cuaca. Penyimpanan hidrogen yang efisien menjadi solusi untuk menyimpan kelebihan energi dari sumber terbarukan selama periode produksi tinggi dan melepaskannya saat permintaan energi meningkat. Dengan Ti²⁺-4N-GQD sebagai material penyimpanan, kita dapat mendukung integrasi lebih besar energi terbarukan ke dalam jaringan listrik global.
Selain itu, teknologi ini menawarkan potensi untuk mengurangi biaya penyimpanan energi. Hidrogen yang disimpan dengan efisien dapat menjadi bahan bakar alternatif untuk transportasi, pembangkit listrik, dan aplikasi industri. Dengan demikian, teknologi ini tidak hanya mendukung keberlanjutan lingkungan tetapi juga menciptakan solusi energi yang lebih ekonomis, memperluas akses energi bersih ke masyarakat global, termasuk wilayah terpencil dan negara berkembang.
Menuju Masa Depan Energi Bersih
Hasil penelitian ini membuka jalan bagi aplikasi material berbasis nano dalam sistem penyimpanan hidrogen masa depan. Dengan pengembangan lebih lanjut, GQDs termodifikasi logam dapat menjadi salah satu fondasi teknologi energi bersih, mendukung transisi global menuju keberlanjutan. Kolaborasi antara Chulalongkorn University dan Universitas Airlangga ini menunjukkan bagaimana inovasi bersama dapat memberikan kontribusi nyata pada masa depan energi yang lebih hijau sekaligus mendukung pencapaian SDG 7 secara global.
Referensi: Kuamit, T., Mulya, F., Kongkaew, S., & Parasuk, V. (2025). Influence of external electric field regulating hydrogen adsorption on graphene quantum dots, graphene quantum dots with defects, and metal-ion-doped graphene quantum dots. Computational and Theoretical Chemistry, 115050.
