Penulis: Aisyah,
S.Si., M.Si.
(Dosen UIN
Alauddin Makassar)
Dalam praktik
industri konvensional, proses kimia sering dikaitkan dengan asap pabrik, limbah
berbahaya, dan konsumsi energi yang besar. Namun, perkembangan ilmu pengetahuan
perlahan mengubah cara pandang tersebut. Kini, berbagai penelitian mendorong
lahirnya proses kimia yang tidak hanya efektif menghasilkan produk, tetapi juga
lebih aman bagi lingkungan. Pendekatan inilah yang dikenal sebagai green
chemistry atau kimia hijau.
Kimia hijau lahir
dari kebutuhan untuk menjawab persoalan global seperti pencemaran lingkungan,
akumulasi limbah industri, hingga emisi gas rumah kaca. Prinsip dasarnya
sederhana: bagaimana suatu reaksi kimia dapat berlangsung seefisien mungkin
dengan limbah seminimal mungkin. Dalam praktiknya, pendekatan ini diterapkan
melalui 12 prinsip kimia hijau yang menekankan efisiensi energi, penggunaan
bahan baku terbarukan, pengurangan zat beracun, dan minimisasi produk samping
berbahaya.
Di antara berbagai
strategi yang dikembangkan dalam kimia hijau, katalisis menjadi salah satu
pendekatan paling penting. Katalis bekerja seperti jalan pintas dalam reaksi
kimia. Kehadirannya mampu mempercepat reaksi tanpa ikut habis bereaksi. Dengan
bantuan katalis, reaksi dapat berlangsung pada suhu dan tekanan yang lebih
rendah sehingga konsumsi energi dan pembentukan limabah dapat ditekan.
Dalam beberapa
tahun terakhir, Metal–Organic Frameworks (MOFs) berkembang sebagai salah satu
material yang menjanjikan dalam pengembangan katalis untuk proses kimia modern.
Material ini dinilai memiliki potensi besar dalam mendukung prinsip kimia hijau
karena mampu meningkatkan efisiensi reaksi, menekan konsumsi energi, dan
mengurangi pembentukan limbah berbahaya. Kehadiran MOFs menjadi bagian penting
dari upaya pengembangan teknologi katalisis yang lebih berkelanjutan untuk
menjawab tuntutan industri kimia yang semakin ramah lingkungan.
Apa Itu MOFs?
MOFs merupakan
material kristalin berpori yang tersusun dari dua komponen utama: ion logam
sebagai “simpul” dan molekul organik sebagai “jembatan penghubung” (linker).
Kombinasi keduanya membentuk kerangka tiga dimensi yang memiliki rongga atau
pori dalam jumlah sangat besar (Gao et al., 2022; Wang et al., 2024). Bayangkan
sebuah bangunan modern dengan lorong-lorong dan ruangan kecil yang tersusun
sangat teratur. Dalam MOFs, “ruangan” tersebut adalah pori-pori yang dapat
dimanfaatkan untuk menangkap, menyimpan, atau mereaksikan molekul tertentu.
Keistimewaan utama
MOFs terletak pada fleksibilitas desainnya. Peneliti dapat mengganti jenis
logam, memodifikasi linker organik, bahkan mengatur ukuran pori sesuai
kebutuhan reaksi. Karena itulah MOFs sering disebut sebagai material
customizable dalam dunia kimia material modern. Karakteristik ini memungkinkan
MOFs menggabungkan dua fungsi penting sekaligus: menyediakan situs aktif
katalitik dan menciptakan jalur difusi molekul yang efisien (Duarte et al.,
2025; Rastin et al., 2025). Molekul reaktan dapat bergerak lebih mudah menuju
pusat reaksi sehingga proses kimia berlangsung lebih cepat dan selektif (Kong
et al., 2024; Xie et al., 2024). Dengan karakteristik seperti ini, MOFs tidak
hanya menarik bagi dunia akademik, tetapi juga berpotensi besar diterapkan
dalam industri kimia masa depan.
Mengenal
Berbagai Jenis MOFs untuk Katalisis Hijau
Tidak semua MOFs
memiliki sifat yang sama. Jenis logam, bentuk pori, hingga gugus organik yang
digunakan akan menentukan bagaimana material tersebut bekerja dalam suatu
reaksi kimia. Perbedaan inilah yang membuat MOFs dapat dirancang khusus untuk
kebutuhan tertentu.
1. MOFs Berbasis
Logam Transisi: Sang Ahli Transfer Elektron
Salah satu kelompok
MOFs yang paling banyak dipelajari adalah MOFs berbasis logam transisi seperti
Fe, Cr, Cu, Ni, dan Co. Logam-logam ini terkenal aktif dalam proses transfer
elektron sehingga sangat cocok digunakan pada reaksi oksidasi dan reduksi. Keunggulan
utama MOFs jenis ini berasal dari keberadaan situs koordinasi terbuka. Artinya,
pusat logam masih memiliki ruang kosong yang memungkinkan molekul reaktan
berinteraksi langsung dengan logam tersebut. Kondisi ini membuat reaksi
berlangsung lebih cepat dan efisien (Cai et al., 2024; Qiao et al., 2019; Sun
et al., 2018; Thacker et al., 2017).
Karena sifatnya
tersebut, MOFs logam transisi sangat potensial digunakan untuk oksidasi
alkohol,degradasi polutan organik (Farwa et al., 2024; Terrón et al., 2025),
reduksi nitroaromatik (L. Zhang et al., 2016), hingga reaksi pembentukan ikatan
karbon–karbon (C–C coupling). Namun, ada tantangan yang harus dihadapi. Situs
aktif yang sangat reaktif juga membuat struktur MOFs lebih rentan rusak akibat
air, oksidasi, atau pelarut polar. Oleh karena itu, sering dilakukan modifikasi
pasca-sintesis agar struktur MOFs tetap stabil dalam penggunaan jangka panjang
(Ferreira et al., 2024; Jurić et al., 2025).
2. MOFs Berbasis
Logam p-Blok: Stabil dan Tahan Kondisi Ekstrem
Kelompok berikutnya
adalah MOFs berbasis logam p-blok seperti Al, Ga, In, Sn, dan Pb. Material ini
terkenal memiliki stabilitas termal dan kimia yang sangat baik. Pada beberapa
kasus, logam seperti Zr dan Ti juga sering dimasukkan ke dalam kelompok ini meskipun
secara tabel periodik sebenarnya termasuk logam transisi. Alasannya, kedua
logam tersebut membentuk kluster oksida yang sangat stabil dan memiliki
karakter mirip oksida kovalen logam p-blok (Li et al., 2023; Zhang et al.,
2016).
Contoh terkenal
dari kelompok ini adalah UiO-66 berbasis Zr dan MIL-125 berbasis Ti. MOFs jenis
ini sangat cocok digunakan untuk reaksi yang membutuhkan ketahanan tinggi,
misalnya fiksasi karbon dioksida (CO₂) (K. Zhang et al., 2016) ,fotokatalisis
(G.-Y. Han et al., 2025; D. Sun & Li, 2017),serta proses kimia dalam
kondisi asam atau suhu tinggi Stabilitasnya memang luar biasa, tetapi ada
kompromi yang harus diterima. Dibandingkan MOFs logam transisi, kemampuan
transfer elektronnya cenderung lebih terbatas sehingga kurang optimal untuk
reaksi redoks multitahap tanpa modifikasi tambahan (Joshi et al., 2018; Hu et
al., 2018; Solé-Daura et al., 2024; Yadav & Kanoo, 2019).
3. MOFs Berbasis
Logam Alkali Tanah: Murah dan Ramah Lingkungan
Jika berbicara
tentang material yang ekonomis dan relatif aman, maka MOFs berbasis logam
alkali tanah menjadi kandidat menarik. Material ini menggunakan logam seperti
Mg, Ca, dan Sr yang melimpah di alam dan memiliki toksisitas rendah. Keunggulan
lainnya adalah sifat hidrofiliknya yang baik sehingga lebih stabil dalam medium
berair. Hal ini penting karena banyak proses kimia hijau berusaha mengganti
pelarut organik berbahaya dengan air.
MOFs jenis ini
cocok digunakan untuk: transesterifikasi minyak nabati, produksi biodiesel,
konversi biomassa serta reaksi hidrolisis ramah lingkungan. Meski demikian,
kemampuan transfer elektronnya relatif rendah sehingga aktivitas katalitiknya
tidak selalu setinggi MOFs berbasis logam transisi. Untuk mengatasi hal ini,
peneliti sering menambahkan gugus fungsional atau mengimpregnasi logam lain
pada kerangka MOFs (Solé-Daura et al., 2024; Yadav & Kanoo, 2019).
4. MOFs dengan
Linker Organik Terfungsionalisasi
Selain memodifikasi
logam, linker organik dari MOFs juga dapat difungsionalisasi. Strategi ini
disebut functionalized linker. Pada pendekatan ini, gugus tertentu seperti
amina, hidroksil, atau fenil ditambahkan ke linker organik untuk mengatur sifat
kimia permukaan MOFs. Modifikasi tersebut dapat meningkatkan selektivitas
reaksi karena molekul substrat menjadi lebih mudah “diarahkan” menuju situs
aktif tertentu. Pendekatan ini banyak digunakan pada reaksi seperti: kondensasi
Knoevenagel, esterifikasi, dan polimerisasi selektif.
Keunggulan utamanya
adalah fleksibilitas desain. Gugus fungsi dapat dimasukkan sejak awal sintesis
atau setelah kerangka MOFs terbentuk melalui post-synthetic modification (PSM)
(Lim et al., 2021; Shultz et al., 2011). Namun demikian, beberapa gugus organik
cukup sensitif terhadap panas atau kondisi kimia keras sehingga stabilitas
material tetap menjadi perhatian penting (Dhakshinamoorthy et al., 2020).
5. MOFs Berpori
Hierarkis: Koridor Difusi untuk Molekul Besar
Dalam reaksi kimia,
ukuran molekul sangat menentukan kecepatan proses. Jika pori material terlalu
kecil, molekul besar akan sulit masuk menuju situs aktif katalitik. Untuk
mengatasi masalah tersebut, dikembangkanlah MOFs berpori hierarkis. Material
ini memiliki kombinasi pori mikro dan meso sehingga jalur difusi molekul
menjadi jauh lebih efisien.
Secara sederhana,
pori mikro berfungsi sebagai lokasi reaksi utama, sedangkan pori meso bertindak
seperti jalan tol yang mempermudah transportasi molekul menuju bagian dalam
material. MOFs jenis ini sangat potensial untuk: katalisis biomolekul, konversi
lignoselulosa, sistem enzim tiruan hingga material termoelektrik.
Kelemahannya,
sintesis material ini lebih kompleks dan biaya produksinya relatif lebih
tinggi. Selain itu, struktur pori meso terkadang mengalami penurunan stabilitas
setelah digunakan berulang kali (Fan & Li, 2022). Meski demikian, kemampuan
menggabungkan stabilitas struktur dan efisiensi difusi membuat MOFs hierarkis
dipandang sebagai salah satu kandidat terkuat untuk katalis industri masa depan
(Wu et al., 2013; Yuan et al., 2017).
MOFs dan Masa
Depan Kimia Berkelanjutan
Perkembangan MOFs
menunjukkan bagaimana desain material modern dapat membantu menjawab tantangan
lingkungan global. Dengan kemampuan mengatur struktur hingga tingkat molekuler,
para ilmuwan kini tidak lagi hanya mencari katalis yang aktif, tetapi juga katalis
yang hemat energi, minim limbah, dan aman bagi lingkungan.
Setiap jenis MOFs
memiliki karakteristik unik yang membuatnya cocok untuk aplikasi tertentu. Ada
yang unggul dalam transfer elektron, ada yang sangat stabil pada kondisi
ekstrem, dan ada pula yang dirancang khusus untuk molekul berukuran besar.
Fleksibilitas inilah yang membuat MOFs menjadi salah satu material paling
menarik dalam riset kimia modern.
Di masa depan,
pengembangan MOFs diperkirakan akan semakin terintegrasi dengan teknologi
energi terbarukan, pengolahan limbah, hingga produksi bahan kimia hijau
berskala industri. Dengan kata lain, MOFs bukan sekadar material laboratorium,
tetapi dapat menjadi bagian penting dari solusi menuju industri kimia yang
lebih berkelanjutan dan ramah lingkungan.
Referensi:
Cai, K., Chen, W.,
Wan, Y., Chu, H., Hai, X., & Zou, R. (2024). Self-reconstructed
metal-organic framework-based hybrid electrocatalysts for efficient oxygen
evolution. Nanomaterials, 14. https://doi.org/10.3390/nano14141168
Choi, S., Jeong,
K., Park, J. Y., & Lee, Y. S. (2015). Computational study of hydrogen
chemisorption on a multi-phenyl organic linker as a model of hydrogen spillover
on metal-organic frameworks. Bulletin of the Korean Chemical Society, 36.
https://doi.org/10.1002/bkcs.10142
Dhakshinamoorthy,
A., Garcia, H., & Asiri, A. M. (2020). Catalysis in confined spaces of
metal organic frameworks. ChemCatChem, 12.
https://doi.org/10.1002/cctc.202001188
Duarte, M. P.,
Diniz, C. V., Bicalho, H. A., Naccache, R., & Howarth, A. J. (2025). A
zirconium-based metal–organic framework as an effective green catalyst for the
synthesis of biodiesel. Inorganic Chemistry, 64(17), 8701–8710.
https://doi.org/10.1021/ACS.INORGCHEM.5C00618
Fan, X., & Li,
Y. (2022). [Referensi tidak ditemukan lengkap pada daftar yang diberikan].
Farwa, U., Sandhu,
Z. A., Kiran, A., Raza, M. A., Ashraf, S., Gulzarab, H., Fiaz, M., Malik, A.,
& Al-Sehemi, A. G. (2024). Revolutionizing environmental cleanup: The
evolution of MOFs as catalysts for pollution remediation. RSC Advances, 14.
https://doi.org/10.1039/d4ra05642f
Ferreira, C. E. S.,
Balula, S. S., & Cunha-Silva, L. (2024). Recent advances in catalytic
compounds developed by thermal treatment of (Zr-based) metal–organic
frameworks. Compounds, 4. https://doi.org/10.3390/compounds4020017
Gao, Y., Gong, S.
Y., Chen, B., Xing, W. H., Fei, Y. F., Hu, Z. T., & Pan, Z. (2022).
Progress in Metal-Organic Framework Catalysts for Selective Catalytic Reduction
of NOx: A Mini-Review. Atmosphere, 13(5), 793.
https://doi.org/10.3390/atmos13050793
Han, G.-Y., Sun,
M., Zhao, R., Junaid, Q. M., Hou, G., Mohmand, N. Z. K., Jia, C., Liu, Y., Van
Der Voort, P., Shi, L., & Feng, X. (2025). Defect engineered Ti-MOFs and
their applications. Chemical Society Reviews, 54.
https://doi.org/10.1039/d4cs01007h
Han, J., Jeong, N.,
Thallapally, P. K., Lee, M. S., & Kim, M. (2019). Identification of
reaction sites on metal–organic framework-based asymmetric catalysts for
carbonyl–ene reactions. ACS Catalysis, 9.
https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04827
Hu, J., Liu, J.,
Liu, Y., & Gu, C. (2018). Computational screening of alkali, alkaline
earth, and transition metals alkoxide-functionalized metal–organic frameworks
for CO2 capture. The Journal of Physical Chemistry C, 122.
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b05334
Joshi, J. N., Zhu,
G., Walton, K. S., Lee, J. J., Jones, C. W., Carter, E. A., & Lively, R. P.
(2018). Probing metal-organic framework design for adsorptive natural gas
purification. Langmuir, 34. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b00889
Jurić, M., Golub,
N., Galić, E., Radić, K., Maslov Bandić, L., & Vitali Čepo, D. (2025).
Microwave-assisted extraction of bioactive compounds from mandarin peel: A
comprehensive biorefinery strategy. Antioxidants, 14(6), 722.
https://doi.org/10.3390/ANTIOX14060722/S1
Kabtamu, D. M., Wu,
Y.-N., & Li, F. (2020). Hierarchically porous metal–organic frameworks:
Synthesis strategies, structure(s), and emerging applications in
decontamination. Journal of Hazardous Materials, 397, Article 122765.
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122765
Kong, et al.
(2024). [Data referensi lengkap tidak tersedia pada daftar yang diberikan].
Li, J., Meng,
Y.-X., Li, L., Zhang, L.-L., Huang, J.-Y., & Jiang, H.-L. (2023). Zr- and
Ti-based metal-organic frameworks: Synthesis, structures and catalytic
applications. Chemical Communications, 59. https://doi.org/10.1039/d2cc06948b
Lim, J., Jeong, S.,
Lee, S., Baek, S. B., Seong, J., Ha, H., Kim, M., & Lah, M. S. (2021).
Amine-tagged fragmented ligand installation for covalent modification of
MOF-74. Angewandte Chemie, 133. https://doi.org/10.1002/ange.202100456
Matlinska, M. A.,
Michaelis, V. K., Katz, M. J., Iyer, A. K., Lawrence, M. C., Mar, A., Oliynyk,
A. O., Hughton, B., Bernard, G. M., Ha, M., & Lambkin, G. (2019). Alkaline
earth metal–organic frameworks with tailorable ion release: A path for supporting
biomineralization. ACS Applied Materials & Interfaces, 11.
https://doi.org/10.1021/acsami.9b11004
Mehmood, R.,
Gilani, E. H., Ahmed, M., Feroz, M., & Saeed, M. T. (2025). Synthesis and
characterization of highly crystalline strontium metal-organic frameworks using
1,4-benzenedicarboxylic acid (BDC) organic linker. Scientific Inquiry and
Review, 9. https://doi.org/10.32350/sir.91.01
Mendes, R. F.,
Almeida Paz, F. A., Firmino, A. D. G., & Tomé, J. P. C. (2018).
Metal-organic framework assembled from erbium and a tetrapodal polyphosphonic
acid organic linker. Acta Crystallographica Section C: Structural Chemistry,
74. https://doi.org/10.1107/S2053229618007374
Mittal, A., Roy,
I., & Gandhi, S. (2022). Drug delivery applications of metal-organic
frameworks (MOFs). In L. J. Villarreal-Gómez (Ed.), Drug carriers. IntechOpen.
https://doi.org/10.5772/intechopen.103684
Mittal, A., Roy,
I., & Gandhi, S. (2022). Drug delivery applications of metal-organic
frameworks (MOFs). In L. J. Villarreal-Gómez (Ed.), Drug carriers. IntechOpen.
https://doi.org/10.5772/intechopen.103684
Pizzanelli, S.,
Gordeeva, L. G., Freni, A., Forte, C., Solovyeva, M. V., & Monti, S.
(2020). A close view of the organic linker in a MOF: Structural insights from a
combined 1H NMR relaxometry and computational investigation. Physical Chemistry
Chemical Physics, 22. https://doi.org/10.1039/d0cp01863e
Qiao, Y., Ni, Y.,
Kong, F., Li, R., Zhang, C., Kong, A., & Shan, Y. (2019). Pyrolytic
carbon-coated Cu-Fe alloy nanoparticles with high catalytic performance for
oxygen electroreduction. Chemistry – An Asian Journal, 14(15), 2676–2684.
https://doi.org/10.1002/asia.201900524
Rastin, H.,
Dell’Angelo, D., Sayede, A., Badawi, M., & Habibzadeh, S. (2025). Green and
sustainable metal-organic frameworks (MOFs) in wastewater treatment: A review.
Environmental Research, 282, 122087.
https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122087
Seth, S., Moorthy,
J. N., & Savitha, G. (2015). Carbon dioxide capture by a metal-organic
framework with nitrogen-rich channels based on rationally designed
triazole-functionalized tetraacid organic linker. Inorganic Chemistry, 54.
https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b00722
Shultz, A. M.,
Nguyen, S. T., Hupp, J. T., Sarjeant, A. A., & Farha, O. K. (2011).
Post-synthesis modification of a metal–organic framework to form
metallosalen-containing MOF materials. Journal of the American Chemical
Society, 133. https://doi.org/10.1021/ja204820d
Solé-Daura, A., et
al. (2024). Zr-based MOF-545 metal-organic framework loaded with highly
dispersed small size Ni nanoparticles for CO2 methanation. ACS Applied
Materials & Interfaces, 16. https://doi.org/10.1021/acsami.3c18154
Sun, D., & Li,
Z. (2017). Robust Ti- and Zr-based metal-organic frameworks for photocatalysis.
Chinese Journal of Chemistry, 35(2), 135–147.
https://doi.org/10.1002/cjoc.201600647
Sun, J.-L., Li,
J.-H., Chen, Y.-Z., Ge, B.-D., & Wang, G.-M. (2018). Three-shell Cu@Co@Ni
nanoparticles stabilized with a metal-organic framework for enhanced tandem
catalysis. ACS Applied Materials & Interfaces, 11.
https://doi.org/10.1021/acsami.8b18584
Terrón, D.,
Sanromán, A., & Pazos, M. (2025). Metal–organic frameworks: Next-generation
materials for environmental remediation. Catalysts, 15.
https://doi.org/10.3390/catal15030244
Thacker, N. C., Ji,
P., Lin, Z., Urban, A., & Lin, W. (2017). Phenanthroline-based
metal-organic frameworks for Fe-catalyzed Csp3-H amination. Faraday
Discussions, 201. https://doi.org/10.1039/c7fd00030h
Vanessa Wee, M. G.,
Chinnappan, A., & Ramakrishna, S. (2023). Elucidating Improvements to
MIL-101(Cr)’s Porosity and Particle Size Distributions based on Innovations and
Fine-Tuning in Synthesis Procedures. Advanced Materials Interfaces, 10(18),
2300065. https://doi.org/10.1002/admi.202300065
Wang, H.-P., Liu,
J.-C., Zhang, G., Su, J., Meng, Y.-R., & Li, S.-F. (2024). Square-planar
tetranuclear cluster-based alkaline earth metal-organic frameworks with
enhanced proton conductivity. Chemistry – An Asian Journal, 19.
https://doi.org/10.1002/asia.202400175
Xie, Z., & Hou,
J. (2025). Industrialising metal–organic frameworks—Bridging laboratory
innovation and future applications. Industrial & Engineering Chemistry
Research, 64(16), 7941–7955. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c00579
Yadav, A., &
Kanoo, P. (2019). Metal-organic frameworks as platform for Lewis-acid-catalyzed
organic transformations. Chemistry – An Asian Journal, 14.
https://doi.org/10.1002/asia.201900876
Ye, G., Liu, D.,
Kumar, A., Peng, X., Lin, J., Liu, J., & Chen, C. (2021). Alkali/alkaline
earth-based metal-organic frameworks for biomedical applications. Dalton
Transactions, 50. https://doi.org/10.1039/d1dt02814f
Yu, S., Feng, Y.,
Hu, J., Zhang, Y., Zhang, C., & Zi, Y. (2025). Stability regulation of
metal–organic framework materials for electrocatalysis. Journal of Materials
Chemistry A, 13. https://doi.org/10.1039/d4ta08090d
Zhang, G., &
Fei, H. (2019). Synthesis and applications of porous organosulfonate-based
metal–organic frameworks. Topics in Current Chemistry, 377, Article 27.
https://doi.org/10.1007/s41061-019-0259-y
Zhang, K., Qiao,
Z., & Jiang, J. (2016). Molecular design of zirconium tetrazolate
metal–organic frameworks for CO2 capture. Crystal Growth & Design, 17.
https://doi.org/10.1021/acs.cgd.6b01405
Zhang, L., Sun, D., Xin, X., & Kang, Z. (2016). Metal–organic frameworks based luminescent materials for nitroaromatics sensing. CrystEngComm, 18.