Fotokatalis

Pengertian Fotokatalis
Istilah fotokatalis merupakan gabungan dua kata yaitu foto dan katalisis, sehingga dapat diartikan sebagai suatu proses kombinasi reaksi fotokimia yang memerluakan unsure cahaya dan katalis untuk mempercepat terjadinya transformasi kimia. Transformasi tersebut terjadi pada permukaan katalis yang katalisnya disebut sebagai fotokatalis. Fotokatalis merupakan salah satu metode AOPs (Advanced Oxidation Processes). Karakteristik AOPs adalah pembentukan radikal bebas yang sangat aktif, terutama radikal hidroksil (OH˙) [Litter, 1999; Malato,2003]. Bahan yang dapat dijadikan fotokatalis merupakan semikonduktor yang mampu mengadsorp foton.
Proses fotokatalis banyak diaplikasikan untuk penghilangan atau pendegradasian polutan cair menjadi senyawa yang lebih ramah lingkungan, misalanya untuk pengolahan fenol. Suatu teknologi yang didasarkan pada iradiasi fotokatalis semikonduktor seperti titanium dioksida (TiO₂), seng oksida (ZnO) atau cadmium sulfide (CdS) yang tergolong sebaagai fotokatalis heterogen [Hermann, 1999].
Fotokatalis heterogen didefinisiakan sebagai proses katalisis dimana satu atau lebih tahapan reaksi berlangsung dengan kehadiran pasangan electron-hole yang dihasilakn pada permukaan bahan semiokonduktor yang diiluminasi oleh cahaya pada tingkat energi yang sesuai. Adapun prosesenya dapat dilakukan dalam berbagai media, yaitu organik murni fase cair dan larutan encer.
Proses keseluruhan yang terjadi padea reaksi katalisis heterogen, baik yang diaktifasi secara termal (katalisis konvensional) maupun yang diaktivasi dengan cahaya (fotokatalis) adalah sebagai berikut [Fogler, 1999] :
1.   Transfer massa reaktan dalam fase fluida (cair atau gas) ke permukaan katalis.
2.   Adsorpsi reaktan ke permukaan katalis.
3.   reaksi dalam fase teradsorpsi.
4.   Desorpsi produk dari permukaan.
5.   Pemindahan produk (transfer massa) dari daerah antar permukaan (interfasa).
Reaksi fotokatalisis terjadi pada fase teradsorpsi (lamhkah 3). Perbedaanya dengan katalisis konvensional hanyalah model aktivasi katalis dimana aktivasi termal pada proses katalisis digantikan oleh aktivasi foton. Model aktivasi ini tidak pada tahap 1, 2, 4 dan 5, walaupun fotoadsorpsi dan fotodesorpsi reaktan terutama oksigen ada.
Reaksi fotokatalisis memp[unyai sifat yang khusus bola dibandingkan dengan reaksi lainnya. Sifat khusus tersebut meliputi [Sofyan, 1998] :
1.   Reaksi fotokatalisis menggunkan daya oksidasi yang sangat tinggi.
2.   Reaksi fotokatalisi merupakan reaksi permukaan.
3.   Reaksi fotokatalisis terjadi melalui radiasi sinar UV.
Mekanisme Fotokatalisis
Fenomena fotokatalisis diawali dengan fotoeksitasi, sebagai akibat adanya cahaya ultraviolet yang mengenai dahan semikonduktor memiliki energi yanga lebih besar dari celah pita semikonduktornya, sehingga akan mentransfer electron dari pita valensi ke pita konduksi sekaligus menghasilkan hole (h⁺) pada pita valensi. Jadi, proses fotoeksitasi akan menghasilakn electron pada pita konduksi dan hole pada pita valensi. Reaksi yang terjadi untuk fenomena ini adalah [Hermann, 1999; Sopyan, 1998] :

Semikonduktor  +  hv                                    (e_cb^- +  h_vb⁺)                            (2.1)

Selanjutnya pasangan elektron-hole yang tyerbentuk akan berekombinasi di dalam partikel (jalur B), dan berekombinasi di permukaan partikel (jalur A), tetapi ada pula yang tidak berekombinasi dsan langsung ke permukaan partikel. Reaksi rekombinasi pasangan h+/e- dituliskan sebagai berikut [Hermann. 1999; Sopyan, 1998] :

Semikonduktor(e_cb^- +  h_vb⁺)                          Semikonduktor + heat           (
Elektron yang sampai pada permukaan partikel (jalur C) akan mendonasikan dirinya kepada molekul yang teradsorpsi dipermukaan dimana molekul tersebut akan mengalami reduksi sehingga dihasilakan radikal anion, A^- (oksidator), sedangkan hole yang sampai permukaan (jalur D) akan menarik elektron dari molekul yang ada dipermukaan sehinga molekul akan mengalami oksidasi. Molekul yang teradssorpsi bersifat donor elektron sehingga hasil penangkapan hole akan menghasilakan radikal kation, D⁺ (reduktor). Reaksi tersebut dapat ditunjukkan sebagai berikut [Litter, 1999; Fogler, 1999] :

D_(ads) +   h⁺ D⁺_(ads) (2.3)
A_(ads) +   e^- A^-_(ads) (2.4)

Donor elektron yang teradsorpsi (reduktor) dapat dioksidasi melalui transfer elektron ke hole diatas permukaan dan penangkapan hole akan menghasilkan adikal kation, D⁺ (persamaan 2.3). adapaun akseptor elektron yang teradsorpsi (oksidator) dapat tereduksi dengan menerima sebuah elektron dari permukaan sehingga penangkapan elektron akan menghasilkan radikal anion, A^- (persamaan 2.4).
Reaksi rekombinasi antara elektron dan hole dapat ditunjukaan dengan persamaan berikut :
e-      +      h+                          N   +    E (2.5)
dimana N adalah bahan semikonduktor yang netral dan E adalah energi yang dilepaskan dibawah sinar UV atau panas semikonduktor [Litter, 1999].

Sumber : http://nunulasa.wordpress.com/2011/03/13/fotokatalis/