Emisi CO2 menjadi pusat perhatian karena diyakini sebagai penyebab utama efek rumah kaca. Hal ini tidak dapat dihindari mengingat emisi CO2 sebagian besar dihasilkan dari kegiatan pembangkitan energi yang memainkan peranan vital dalam kehidupan manusia. Oleh karena itu menjadi sangat mendesak untuk mengembangkan teknologi yang memungkinkan penurunan emisi CO2 ke lingkungan.
Sejumlah teknologi tengah dikembangkan, diantaranya adalah penangkapan karbon (carbon capture) dan sekuestrasi (carbon sequestration) dan utilisasi karbon (carbon utilization). Teknologi utilisasi karbon bekerja dengan mengkonversi CO2 menjadi bahan bakar hidrokarbon yang bermanfaat. Tidak kalah pentingnya, proses kebalikannya yaitu HCOOH menjadi CO2 juga berperan penting dalam teknologi penyimpanan hidrogen. HCOOH dapat dijadikan sebagai senyawa penyimpan hidrogen yang efisien untuk kemudian dikonversi menjadi hidrogen dan CO2.
Proses ini dapat dijalankan secara termokemikal, fotokemikal maupun elektrokemikal dimana kesemuanya memerlukan kehadiran suatu katalis untuk memfasilitasi reaksi. Katalis yang dapat menjalankan reaksi tersebut secara efisien masih menjadi objek pencarian penelitian garis depan di bidang katalisis.
Fenomena fundamental yang melandasi cara kerja katalis adalah reaksi di permukaan, dalam hal ini permukaan logam transisi. Reaksi katalisis di skala mikroskopik melibatkan proses yang kompleks dimana molekul teradsorpsi di permukaan kemudian diikuti dengan serangkaian reaksi elementer sebelum menjadi produk yang kemudian dilepaskan kembali dari permukaan katalis.
Pada penelitian ini kami menyelidiki reaksi konversi CO2 menjadi HCOOH (dan sebaliknya) pada permukaan logam transisi yang termodifikasi. Modifikasi permukaan diyakini dapat merubah sifat katalitik dari situasi permukaan secara siginifikan. Beberapa modifikasi ditingakatan atomik diantaranya : efek regangan kisi permukaan akibat kehadiran hidrogen subsurface serta kehadiran atom/kluster di permukaan. Efek dari modifikasi ini terhadap konversi CO2 akan diselidiki secara detail menggunakan metode komputasi berbasis Teori Fungsional Kerapatan (Density Functional Theory). Hasil penelitian ini akan memberikan kita pemahaman yang akan mempercepat penemunan katalis konversi CO2 - HCOOH dengan performa optimum.
Memodifikasi katalis heterogen untuk tipe berbasis klaster dengan penyangga penting untuk merancang katalis dengan aktivitas, stabilitas, dan selektivitas yang lebih baik. Paduan Pd dengan Zn dan disangga oleh ZrO2 merupakan cara yang menjanjikan untuk merancang katalis untuk hidrogenasi CO2 menjadi HCOOH, tetapi sifat situs katalitik aktif dan mekanismenya masih belum diketahui. Dua model representatif telah diselidiki: klaster subnanometer Pd5Zn/ZrO2 dan permukaan PdZn(101). Perhitungan DFT yang dikombinasikan dengan simulasi mikrokinetik digunakan untuk mengidentifikasi struktur dan konfigurasi optimum untuk reaksi tersebut. Dibandingkan dengan permukaan PdZn(101), Pd5Zn/ZrO2 menawarkan penyerapan dan pembentukan spesies intermediet yang jauh lebih stabil. Selain itu, rute format lebih mungkin terjadi pada permukaan PdZn(101) dari sudut pandang termodinamika dan kinetik. Sebaliknya, gugus Pd5Zn/ZrO2 yang didukung lebih menyukai jalur karboksil, di mana situs antarmuka antara gugus-dukungan dikaitkan dengan konfigurasi yang jauh lebih stabil. Analisis struktur elektronik mengungkap sifat keadaan transisi pada pembentukan intermediet, khususnya peran atom tepi Pd dan Zn pada selektivitas terhadap jalur karboksil pada Pd5Zn/ZrO2. Akhirnya, perbandingan hasil simulasi mikrokinetik menunjukkan preferensi untuk pembentukan HCOOH pada Pd5Zn/ZrO2 daripada permukaan PdZn(101) pada suhu sedang hingga lebih tinggi.