Новый метод превращает отходы пластика в высокопроизводительную электронику, такую как солнечные батареи и транзисторы

Исследователи из Университета Делавэра (UD) и Аргоннской национальной лаборатории обнаружили способ превратить обычный пенопласт в ценный материал для электроники. Их подход, подробно описанный в недавнем исследовании, опубликованном в журнале JACS Au, использует химическую реакцию для преобразования отработанного полистирола - пластика, содержащегося в пенополистироле, - в высокоэффективный проводящий полимер, известный как PEDOT:PSS.

Это открытие открывает перспективы как для электронной промышленности, так и для окружающей среды. PEDOT:PSS - это универсальный материал, обладающий как электронной, так и ионной проводимостью, что делает его идеальным для различных электронных устройств. Традиционно этот полимер синтезируется с использованием агрессивных химических веществ. Однако команда UD и Argonne успешно применила более мягкий процесс сульфонирования.

Исследование, возглавляемое доктором Лором Кайзером, доцентом кафедры материаловедения и инженерии UD, началось с простого вопроса: можно ли получить PEDOT:PSS из пластиковых отходов? В сотрудничестве с доктором Дэвидом Кафаном, химиком из Аргонна, команда исследовала возможность сульфонирования полистирола, основного компонента пенополистирола.

Сульфонирование предполагает замену атома водорода на сульфоновую кислоту - процесс, широко используемый при создании различных продуктов. Однако очень важно найти правильный баланс. Жесткие методы обеспечивают высокую степень конверсии, но генерируют вредные побочные продукты, в то время как более мягкие подходы менее эффективны.

Исследователи протестировали различные условия, такие как растворители, соотношение сульфонирующего агента, температура и время реакции. Они разработали метод, который позволяет достичь высокой степени сульфонирования полимеров с минимальным количеством дефектов и впечатляющей эффективностью, при этом используя более мягкий и экологичный подход.

"Мы можем делать электронные материалы из мусора, и они работают так же хорошо, как и коммерчески доступные варианты, - говорит д-р Кайзер. Это снижает зависимость от первичных материалов и предлагает ценный путь для утилизации отходов".

Команда успешно внедрила полученный из отходов PEDOT:PSS в функциональные электронные устройства, включая органические транзисторы и солнечные элементы. Производительность этих устройств была сопоставима с теми, в которых использовался коммерчески производимый PEDOT:PSS.

Этот прорыв имеет большое значение для будущего электроники и устойчивого развития. В 2022 году менее 23% из 62 млрд. кг (137 млрд. фунтов) электронных отходов были задокументированы как надлежащим образом переработанные, согласно отчету Глобальный отчет по мониторингу электронных отходов до 2024 года. Именно поэтому исследование, подобное этому, может стать ключевым в будущем.