Учёные научились превращать пластиковые отходы в ценный материал для электроники

Учёные из США открыли химическую реакцию, при помощи которой удалось преобразовать отходы пластика, а именно пенополистирол, в ценный проводящий полимер PEDOT:PSS. Этот полимер показал сопоставимые характеристики с коммерчески доступными аналогами при использовании в органических электронных транзисторах и солнечных элементах.

Источник изображения: National Cancer Institute/Unsplash

Исследователи из Университета Делавэра и Национальной лаборатории Аргонн разработали метод синтеза PEDOT:PSS путём сульфирования полистирола — синтетического пластика, широко используемого в одноразовых контейнерах и упаковочных материалах. По сообщению EurekAlert, исследование, опубликованное в журнале JACS Au, демонстрирует успешное внедрение переработанных пластиковых отходов в конечном итоге в функциональные электронные устройства, включая гибридные кремниевые солнечные элементы и органические электрохимические транзисторы (ОЭТ).

Сульфирование — это распространённая химическая реакция, при которой атом водорода замещается сульфоновой кислотой. Этот процесс является частью технологии при производстве красителей, лекарств и ионообменных смол (иониты), представляющих из себя синтетические полимеры. Химические реакции могут быть как «жёсткими» (с более высокой конечной эффективностью, но требующими едких реагентов), так и «мягкими» (менее эффективные, но использующие более мягкие реагенты). Учёные хотели найти нечто среднее: «Нам нужен был реагент, который достаточно эффективен для получения действительно высокой степени функционализации, но при этом не портил бы полимерную цепь», — поясняет руководитель исследования Лора Кейзер (Laure Kayser).

Источник изображения: Evan Krape / University of Delaware

Однако ключевым достижением стала разработка именно «мягкого» метода сульфирования, который обеспечил высокую степень функционализации полимера без разрушения его цепи. Доктор Келси Кутсукосп (Kelsey Koutsoukos) отметил, что команда провела месяцы экспериментов, чтобы найти оптимальные условия реакции.

«Мы проверили различные органические растворители, различные молярные соотношения сульфирующего агента, оценили различные температуры и время, чтобы увидеть, какие условия являются наилучшими для достижения высокой степени сульфирования», — сказал он.

В итоге удалось найти условия реакции, которые приводили к высокому сульфированию полимера, минимальным дефектам и высокой эффективности, и всё это при использовании мягкого сульфирующего агента. Также была обнаружена возможность точного контроля степени всего процесса, что открывает перспективы для применения в различных областях, включая топливные элементы и устройства для фильтрации воды.

Исследователи подчёркивают, что их работа может значительно способствовать глобальным усилиям по устойчивому развитию, предлагая новый способ переработки отходов в ценные материалы. Один из главных авторов работы, аспирант Чун-Юань Ло (Chun-Yuan Lo), отметил: «Многие учёные работают над проблемой утилизации и переработки использованного сырья, и наше исследование является ещё одним примером того, как можно решить эту задачу». Полученный из отходов полимер сравнили с коммерчески доступным PEDOT:PSS. Производительность обоих типов оказалась идентична.