PROBACA.COM – Pernah melihat adonan kue sebelum berubah menjadi kue matang? Biasanya, perhatian kita tertuju pada hasil akhirnya. Dalam riset material, ilmuwan juga sering melakukan hal serupa: bahan awal dipanaskan, lalu yang diperiksa terutama produk akhirnya.
Namun, bagaimana kalau bagian yang “belum jadi” justru menyimpan kemampuan paling menarik?
Itulah yang ditemukan tim peneliti dari University of Warwick dan University of Birmingham. Dalam studi yang diterbitkan di jurnal Nature Communications, mereka melacak tahap-tahap peralihan ketika molekul berubah menjadi material padat. Tahap sementara ini biasanya luput dari perhatian karena dianggap hanya jalan menuju produk final.
Dengan menangkap dan mempelajari fase-fase tersembunyi tersebut, para peneliti menemukan beberapa bentuk material yang sebelumnya tidak diketahui. Bahkan, sebagian di antaranya berpotensi digunakan untuk baterai generasi berikutnya, bahan bakar surya, katalisis, dan elektronik.
“Ketika material dibuat dengan pemanasan, ilmuwan biasanya fokus pada produk akhir—‘B’ yang dihasilkan dari ‘A’,” kata Dr. Sebastian Pike dari Department of Chemistry, University of Warwick. “Padahal, ada banyak tahap menarik di antara A dan B. Tahap-tahap tersembunyi itu bisa sama pentingnya.”
Tim tersebut memulai eksperimen dengan single-source precursor, yaitu molekul yang sudah mengandung semua unsur yang diperlukan untuk membentuk material tertentu. Molekul ini kemudian dipanaskan secara bertahap. Perubahan yang terjadi dipantau untuk melihat material apa saja yang muncul sebelum produk akhir terbentuk.
Strategi itu membuka pintu ke beberapa fase material baru. Salah satunya adalah bentuk baru bismuth vanadate atau BiVO4. Para peneliti menamainya β-BiVO4.
BiVO4 sendiri sudah menarik perhatian dalam riset energi bersih karena memiliki band gap yang berguna. Istilah ini merujuk pada energi yang diperlukan material untuk menyerap cahaya dan mendorong reaksi kimia.
Dalam konteks energi surya, sifat BiVO4 memungkinkan material ini menyerap cahaya matahari sekaligus menyediakan energi yang cukup untuk memecah air dan menghasilkan hidrogen—bahan bakar bersih yang potensial.
β-BiVO4 memiliki susunan atom yang berbeda dari bentuk BiVO4 yang sudah dikenal. Material baru ini juga mempunyai band gap yang jauh lebih besar, sehingga cara material tersebut berinteraksi dengan cahaya ikut berubah.
Perbedaan itu bisa memberi ilmuwan “kenop pengatur” baru untuk menyesuaikan material sesuai kebutuhan. Misalnya, agar lebih cocok untuk produksi bahan bakar surya, katalisis—proses mempercepat reaksi kimia—atau perangkat elektronik.
Kejutan lain datang dari fase peralihan yang berbeda. Material tersembunyi ini ternyata mampu menyimpan lithium dalam jumlah besar. Temuan tersebut membuka kemungkinan pemanfaatannya dalam teknologi baterai generasi berikutnya, meskipun masih diperlukan penelitian lebih lanjut.
Dr. Dominik Kubicki dari School of Chemistry, University of Birmingham, menyebut material-material “di tengah” ini bukan sekadar batu loncatan menuju produk akhir. Material tersebut bisa memiliki sifat berguna dengan sendirinya.
Untuk mengamati fase yang biasanya sulit terlihat, para peneliti menggabungkan beberapa teknik canggih. Mereka menggunakan spektroskopi NMR keadaan padat untuk mempelajari lingkungan atom, difraksi sinar-X untuk melihat susunan kristal, serta analisis pair distribution function untuk memetakan jarak antaratom, termasuk pada struktur yang tidak sepenuhnya teratur.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pilihan prekursor—bahan awal yang dipakai—sangat menentukan material apa yang akhirnya terbentuk. Cara prekursor itu terurai selama pemanasan juga memainkan peran penting.
Artinya, ilmuwan mungkin tidak harus selalu mengejar satu jalur pemanasan standar. Dengan mengatur jenis prekursor, suhu, dan jalur reaksi, mereka berpeluang menghasilkan struktur yang sulit, bahkan tidak mungkin, dibuat melalui metode sintesis konvensional.
Bayangkan prosesnya seperti mengarahkan kendaraan melewati beberapa persimpangan. Jika kita hanya peduli pada tujuan akhir, kita mungkin melewatkan tempat-tempat menarik di sepanjang jalan. Tetapi jika setiap belokan dikendalikan dengan cermat, kita bisa berhenti di “destinasi” baru yang sebelumnya tidak pernah terlihat.
Menurut Dr. Pike, timnya baru mempelajari beberapa prekursor. Namun, hasil ini menunjukkan adanya peluang yang jauh lebih luas dalam ilmu material. Dengan mengendalikan suhu, kimia prekursor, dan jalur reaksi, masih mungkin ada banyak material “tersembunyi” yang berguna untuk ditemukan.
Nah, pelajaran pentingnya sederhana: dalam membuat material, hasil akhir bukan satu-satunya bintang. Kadang-kadang, bahan yang sedang “menuju jadi” justru menyimpan kemampuan yang paling menjanjikan—untuk baterai, energi surya, dan teknologi masa depan.
***
DISCLAIMER: Sebagian proses pengolahan artikel ini dibantu oleh teknologi AI. Pembaca disarankan memverifikasi kembali data dan informasi melalui sumber resmi atau sumber primer
Disadur dari ScienceDaily
