Muhammad Haris Mahyuddin
Direct methanol fuel cell (DMFC) adalah salah satu tipe dari proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) yang menggunakan metanol sebagai bahan bakar pengganti hidrogen. Metanol bersama-sama dengan air masuk ke anoda DMFC menghasilkan CO2, sedangkan oksigen masuk ke katoda menghasilkan air, sehingga total reaksinya adalah CH3OH + 3/2 O2  2 H2O + CO2. DMFC dianggap sebagai devais paling menjanjikan untuk menggantikan baterai isi ulang untuk aplikasi mobile seperti handphone, laptop, dan tablet. Hal itu dikarenakan sifatnya yang memungkinkan pengoperasian pada suhu ruangan dan sifat cair metanol yang menjanjikan keamanan lebih daripada gas hidrogen. Di samping itu, produksi metanol kini bisa dilakukan dari berbagai macam alternatif reaksi yang mudah, murah, dan ramah lingkungan. Salah satu di antaranya yang paling menjanjikan adalah reaksi perubahan langsung metan menjadi metanol menggunakan katalis zeolit pada suhu rendah (CH4 + ½ O2  CH3OH). Namun, produk yang dihasilkan tidak hanya metanol, tapi juga formaldehida (CH2O) dan CO akibat oksidasi lanjutan dari metanol yang dihasilkan. Hal ini disebut sebagai overoksidasi, sehingga selektifitas metanol menurun. Pada penelitian kali ini, saya akan memfokuskan studi pada reaksi pembentukan metanol dari oksidasi langsung metan (CH4 + ½ O2  CH3OH) menggunakan katalis Cu-zeolit dan Ni-zeolit serta dilanjutkan dengan reaksi oksidasi lanjutan metanol menjadi formaldehida (CH3OH + ½ O2  CH2O + H2O) menggunakan katalis Cu-zeolit dan Ni-zeolit. Saya akan melakukan simulasi komputer pada kedua reaksi ini dengan menggunakan density functional theory (DFT). Kedua katalis yang digunakan telah kami prediksi sebelumnya bahwa Cu-zeolit dan Ni-zeolit memiliki kemampuan yang seimbang dalam aktifasi ikatan C–H metan tapi belum diketahui dengan jelas apakah kedua katalis ini mampu mencegah overoksidasi metanol dan meningkatkan selektifitas terhadap metanol. Penelitian ini merupakan peneltian lanjutan dari penelitian saya sebelumnya saat sekolah S3 dan postdoc di grup Prof. Kazunari Yoshizawa (mitra yang dituju pada program ini). Karena reaksi yang dipelajari, metode yang digunakan, dan laboratorium mitra yang dituju sudah tidak asing lagi, maka program penelitian luar negri selama 1-2 bulan ini akan sangat visible untuk saya lakukan dan selesaikan dengan output paper yang baik. Selama saya dan Prof. Yoshizawa berinteraksi sewaktu saya sekolah S3 dan postdoc (2,5 + 1,5 tahun), kolaborasi kami telah menghasilkan 12 buah artikel jurnal internasional Q1 dengan faktor impak di atas 5. Dari analisis energi diagram reaksi, analisis geometri transisi, dan analisis struktur elektronik (density of states atau orbital molekular) yang akan kami lakukan, hasil utama (outcome) yang diharapkan dari penelitian ini adalah prediksi energetik kemungkinan tiga jalur reaksi yang akan diteliti dan pemahaman akan faktor-faktor yang dapat mencegah overoksidasi, sehingga pada akhirnya bisa memberi saran-saran rational design of promising catalysts kepada komunitas umum.