Veinardi Suendo
Studi terkini mencatat pesatnya perkembangan riset material berbasis silika amorf berpermukaan luas yang muncul dalam publikasi dengan berbagai nama yang berbeda, seperti KCC-1, silika bcl, WSN, dll. Material ini menunjukkan struktur pori yang berbeda dari material lain, yaitu berupa kanal terbuka akibat keberadaan lamela yang tersusun secara bikontinu dengan ruang kosong (void). Morfologi yang unik ini menyediakan luas permukaan yang tinggi serta kemudahan untuk diakses sehingga berbagai situs aktif pada permukaan internal dari partikel dapat dicapai. Hal ini akan mendukung tak terhitung aplikasi maju dari silika berpori, terutama ketika kemudahan diakses menjadi kebutuhan yang utama. Pada penelitian kami sebelumnya [1], telah berhasil diungkap definisi morfologi dari material ini, dimana kami mengusulkan terminologi yang benar sebagai silika berstruktur bicontinuous concentric lamellar (bcl) yang didasari baik oleh analisis SEM dan TEM. Meskipun silika bcl menunjukkan berbagai sifat unggul yang tentunya berasal dari morfologinya yang unik, masih terdapat suatu pertanyaan besar yang terkait dengan mekanisme pembentukannya secara detil, yaitu bagaimana struktur bcl dapat terbentuk. Hal ini juga harus dikaitkan dengan morfologi internalnya dan harus dapat diterangkan baik secara eksperimental maupun teoretis. Untuk menjawab pertanyaan ini, baik aspek eksperimental maupun teoretis harus dikaji secara mendalam. Hal penting yang telah dilaporkan sebelumnya telah membawa kita maju beberapa langkah ke depan, yaitu diamatinya bukti spektroskopi dimana misel terbalik (reverse micelle) memegang peranan penting dalam pembentukan silika bcl [1]. Oleh karena itu kita dapat secara langsung menyelidiki misel terbalik dari fasa luar, untuk mengamati proses hidrolisis dan kondensasi menggunakan bantuan spektroskopi ATR/FTIR. Studi ini menghasilkan gambaran jelas berupa tahap-tahap detil dari pembentukan silika bcl, yang dimulai dari proses hidrolisis, yang kemudian dilanjutkan oleh proses difusi produk hidrolisis ke dalam misel terbalik, sebelum diakhiri oleh proses kondensasi dan segregasi fasa. Untuk mengikuti evolusi morfologi yang terjadi selama segregasi fasa, suatu seri kinetik klasik dari sampel silika bcl telah dipersiapkan. Evolusi ini diamati dengan bantuan beberapa teknik karakterisasi seperti TEM, SEM, penampang lintang partikel dengan SEM/FIB, dan juga analisis profil abu-abu dari citra TEM. Fitur konsentrik yang muncul pada silika bcl ternyata teramati sebagai daerah yang padat pada citra penampang lintang dari analisa SEM/FIB, bukan sebagai struktur yang konsentrik yang ditentukan berdasarkan analisa citra TEM saja [2]. Berdasarkan hal tersebut, suatu gambaran yang hampir lengkap dari mekanisme pembentukan silika bcl dapat disusun. Akan tetapi tahap-tahap detil pada proses segregasi fasa dalam misel terbalik tetap menjadi misteri. Oleh karena itu, sebuah model teoretik berbasis fungsi keadaan energi bebas Helmholtz diajukan untuk mempelajari proses segregasi fasa dalam misel terbalik secara detil. Model ini akan difokuskan pada tahapan proses segregasi fasa dari campuran induk yang akan terbagi secara termodinamika menjadi beberapa tahap-tahap reversibel pada kondisi isentropik kuasistatik yang menurunkan fungsi keadaan energi bebas Helmholtz (Gambar 1.1) [2]. Mekanisme dan model yang diusulkan ini telah berhasil menerangkan berbagai mekanisme pembentukan keluarga partikel silika bcl yang telah dilaporkan oleh berbagai kelompok riset yang menjadi pionir di bidang ini [3,4]. Berdasarkan prinsip energi bebas Helmholtz sebagai fungsi keadaan, dimana suatu proses yang berlangsung secara spontan dan irreversibel dapat dibagi menjadi beberapa tahap-tahap reversibel pada kondisi isentropik kuasistatik selama terjadi minimisasi energi bebas, kita dapat menerapkan model yang telah dikembangkan menjadi sejumlah tak hingga jalur-jalur mekanisme pembentukan partikel berstruktur bcl. Tiga jalur mekanisme pembentukan yang paling mungkin dari partikel berstruktur bcl digambarkan secara skematis pada Gambar 1.2. Mekanisme pertama adalah yang telah diusulkan sebelumnya oleh Febriyanti dkk, yaitu melalui tahapan utama self-assembly misel terbalik sebagai wadah/cetakan yang kemudian dilanjutkan oleh proses segregasi fasa dalam misel terbalik [1,2]. Mekanisme kedua dimulai dengan proses self-assembly menghasilkan partikel berbentuk bulat, yang lanjutkan dengan proses swelling dari partikel tersebut sebelum mengalami proses segregasi fasa membentuk struktur bcl. Hipotesa terhadap mekanisme kedua ini telah dapat menerangkan mekanisme pembentukan partikel bcl dari keluarga material lain yang tidak berbasis silika, melainkan berbasis titania and titanat [5-8]. Sedangkan pada mekanisme ketiga, segregasi fasa terjadi pada tahap awal pembentukan partikel yang kemudian dilanjutkan dengan proses self-assembly yang menghasilkan partikel berbentuk bulat. Hipotesa jalur ketiga ini dapat dengan mudah menerangkan pembentukan partikel berstruktur bcl dari keluarga alumina (Benu dkk, Langmuir (2018) in preparation) dan mungkin sistem material organik atau oksida yang mengalami proses hidrolisis dan kondensasi yang sangat cepat. Dua jalur baru yang dapat dihipotesakan secara termodinamika ini harus diselidiki baik secara teoretis, komputasi maupun eksperimen, terutama melalui studi spektroskopi vibrasional dan NMR.