Saat ini, teknologi fotokatalitik semakin populer sebagai solusi canggih yang memanfaatkan energi matahari untuk menguraikan polutan. Teknologi ini berperan penting dalam membersihkan udara dan mengolah air limbah, menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi yang ramah lingkungan. Salah satu material utama dalam teknologi ini adalah titanium dioksida (TiO2), yang dikenal murah, stabil secara kimia, dan tidak beracun. Sifat-sifat ini menjadikan TiO2 sebagai kandidat kuat dalam pemurnian lingkungan.
Namun, TiO2 memiliki keterbatasan: material ini hanya aktif di bawah sinar ultraviolet karena memiliki celah pita yang besar (Eg = 3,4 eV), yang berarti cahaya tampak (bagian terbesar dari sinar matahari) tidak dapat dimanfaatkannya secara optimal. Selain itu, TiO2 memiliki masalah dalam efisiensi pemisahan muatan, yang mengurangi kemampuan fotokatalitiknya. Untuk meningkatkan performanya, para peneliti kini melakukan modifikasi TiO2, seperti metode doping non-logam, yang dapat mempersempit celah pita sehingga TiO2 dapat diaktifkan di bawah cahaya tampak.
Salah satu modifikasi yang banyak dikembangkan adalah doping nitrogen. Nitrogen menambah tingkat energi baru dalam struktur TiO2, yang memperluas jangkauan serapan cahaya. Misalnya, penelitian menunjukkan bahwa doping nitrogen tidak hanya meningkatkan penyerapan cahaya tampak tetapi juga membentuk kekosongan oksigen di permukaan TiO2, yang berfungsi sebagai tempat reaksi fotokatalitik.
Selain itu, penambahan adsorben seperti karbon aktif, tabung nano karbon, dan biochar di permukaan TiO2 dapat mempercepat proses fotokatalitik. Biochar, yang berfungsi sebagai penerima elektron, terbukti mempercepat pemisahan dan transfer muatan, sehingga menciptakan lebih banyak oksigen aktif yang berperan penting dalam menguraikan polutan. Menariknya, dalam kombinasi TiO2 dengan biochar yang didoping nitrogen, gugus nitrogen pada biochar membantu meningkatkan reaksi sehingga menghasilkan proses fotokatalitik yang lebih efisien.
Sebuah langkah maju lainnya adalah pengembangan komposit TiO2 dengan graphene oxide (GO), yang semakin meningkatkan kemampuan pemisahan muatan dan mempercepat degradasi polutan seperti asetaldehida. Dalam berbagai penelitian, komposit ini terbukti lebih efektif berkat kombinasi efek dari nitrogen dan graphene oxide.
Dalam penelitian, ditunjukkan bahwa penambahan biochar dalam jumlah yang tepat dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik TiO2. Dengan memasukkan nitrogen ke dalam struktur TiO2 dan biochar sekaligus, pemisahan muatan bisa lebih baik, dan pembentukan oksigen aktif semakin meningkat. Dalam penelitian ini, komposit nitrogen-doped TiO2/biochar dikembangkan khusus untuk fotodegradasi polutan, khususnya pada pewarna.
Studi ini memanfaatkan berbagai metode karakterisasi, seperti mikroskop elektron, difraksi sinar-X, spektroskopi inframerah, dan spektroskopi pantulan sinar ultraviolet-tampak, untuk memahami bagaimana bahan-bahan ini berinteraksi dan bekerja dalam proses fotokatalitik. Hasilnya memberikan pandangan mendalam tentang bagaimana kinetika, mekanisme, dan stabilitas fotokatalis ini bisa diperkuat.
Teknologi fotokatalitik berbasis TiO2 yang dimodifikasi ini membuka jalan baru untuk memanfaatkan energi surya dalam membersihkan lingkungan. Dengan komposit baru seperti nitrogen-doped TiO2 dan biochar, kita bisa berharap pada teknologi yang lebih efisien dalam pemurnian udara dan pengolahan air limbah, semua dilakukan dengan cara yang lebih hijau dan berkelanjutan.