senyawa kimia seperti senyawa hidrokarbon dan air. Untuk mendapatkan hidrogen dalam bentuk molekul diatomik dari senyawa kimia tersebut, diperlukan
banyak energi. Metode produksi hidrogen yang banyak digunakan saat ini adalah proses steam reforming of methane SRM. Proses ini memang menghasilkan
hidrogen dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada proses fotokatalitik heterogen. Namun, karena menghasilkan senyawa CO melebihi toleransi yang
diperkenankan untuk aplikasi fuel cell 10-20 ppm, proses ini membutuhkan unit tambahan untuk proses pemurnian hidrogen Takenaka, 2001. Selain itu,
kebanyakan senyawa metana yang digunakan bersumber dari minyak bumi dan gas alam yang merupakan sumber energi yang tidak terbaharukan.
Sintesis hidrogen selain menggunakan metode Steam Methane Reforming SRM dapat juga menggunakan partial oxidation, plasma reforming, dan coal.
Tetapi, metode partial oxidation, plasma reforming, dan coal menghasilkan gas CO selain itu proses yang digunakan juga mahal. Oleh sebab itu, metode seperti
partial oxidation , plasma reforming, dan coal dihindari. Berbagai penelitian telah
dilakukan untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai bahan baku utama sintesis hidrogen dengan menggunakan air. Metode yang sering digunakan untuk
sintesis hidrogen adalah dekomposisi air atau water splitting yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen yang lebih ramah lingkungan.
2.2 Proses Dekomposisi Air
Secara termodinamika, reaksi dekomposisi air merupakan reaksi yang sulit terjadi karena memiliki energi bebas gibbs yang besar ΔG
o
= 238 kJmol setara dengan 2,467 eV. Mekanisme dasar dekomposisi air menggunakan fotokatalis
heterogen dengan kosentrasi asam 1 M dengan elektrode Pt pada tekanan 1 atmosfer pada suhu 25
o
C diilustrasikan pada Gambar 2.4 berikut ini.
Gambar 2.1. Prinsip dasar dekomposisi pada fotokatalis heterogen Maeda dan Domen, 2007
Prinsip dasar dekomposisi air dimulai ketika semikonduktor dikenai sinar yang memiliki energi sama atau lebih besar dari band gap semikonduktor untuk
mengeksitasi elektron yang berada di pita valensi menuju ke pita konduksi dengan meninggalkan hole di pita valensi. Perpindahan elektron ini menyebabkan
terjadinya reaksi reduksi dan oksidasi. Pada proses dekomposisi air, molekul air direduksi oleh elektron untuk membentuk hidrogen dan dioksidasi oleh hole untuk
membentuk oksigen. Pada proses dekomposisi air, bagian bawah dari pita konduksi harus memiliki potensial reduksi yang lebih negatif dari potensial H
+
untuk membentuk H
2
0 V vs NHE, sementara bagian teratas pada pita valensi harus lebih positif daripada potensial oksidasi dari H
2
untuk membentuk O
2
1,23 V vs NHE. Oleh karena itu, band gap yang digunakan harus lebih dari 1,23 eV
Kudo, 2007.
Reaksi keseluruhan dari dekomposisi air ada tiga langkah ditunjukkan pada Gambar 2.5 berikut ini.
Gambar 2.2. Proses reaksi dekomposisi air pada fotokatalis heterogen Maeda dan Domen, 2007
Langkah pertama dari reaksi dekomposisi air adalah fotokatalis menyerap energi foton lebih tinggi daripada energi gap dari fotokatalis dan menyebabkan
terjadinya foto eksitasi yang menyebabkan terciptanya elektron hole pada bulk. Langkah kedua, foto eksitasi menyebabkan e
-
dan h
+
memisah tanpa adanya rekombinan. Langkah ketiga menyerap spesies yang akan direduksi dan dioksidasi
untuk menggerakkan elektron dan hole untuk memproduksi H
2
dan O
2
. Langkah pertama dan kedua sangat bergantung pada struktur dan sifat-sifat elektronik dari
fotokatalis. Langkah ketiga dari dekomposisi air merupakan gambaran cocatalyst yang biasa didopan untuk meningkatkan aktifitas dari fotokatalis untuk
meminimalisir adanya rekombinan. Cocatalyst ini biasanya berupa logam-logam mulia atau oksida logam dan didopan pada permukaan fotokatalis juga menyebar
pada nanopartikel untuk mengaktifkan sisi aktif dan mengurangi energi aktifasi untuk gas yang dihasilkan. Keberadaan cocatalyst ini merupakan langkah yang
penting untuk menciptakan bulk dan sifat-sifat permukaan dari material untuk meningkatkan aktifitas fotokatalitik untuk reaksi dekomposisi air.
2.3 Mekanisme kerja fotokatalis
