突破方法将塑料垃圾转化为功能性电子设备

　　特拉华大学和阿贡国家实验室的科学家们已经开发出一种化学反应，将聚苯乙烯泡沫塑料转化为一种高价值的导电聚合物，称为PEDOT:PSS。

　　发表在《JACS Au》杂志上的一篇新论文详细介绍了这一突破，它展示了如何将升级后的塑料废物纳入功能性电子设备，如硅基混合太阳能电池和有机电化学晶体管。

　　特拉明大学助理教授Laure Kayser和她的团队一直在研究PEDOT:PSS，一种以电子和离子导电性而闻名的聚合物。据尤里卡警报网站报道，他们试图从塑料废物中合成这种材料。

　　凯瑟在特拉华大学的一次活动上与阿贡国家实验室的化学家大卫·卡芬(David Kaphan)建立了联系，开始了这项研究合作。研究小组假设PEDOT:PSS

　　可以通过磺化聚苯乙烯来制造，聚苯乙烯是一种在一次性容器和包装材料中发现的合成塑料。

　　磺化是一种用磺酸代替氢原子的过程，可以产生各种产品，如染料、药物和离子交换树脂。研究人员的目标是在“硬”和“软”磺化方法之间找到一个中间地带。Kayser解释说:“一种足够有效的试剂，可以获得非常高的功能化程度，但不会扰乱聚合物链。”

　　研究人员最初使用了先前研究中描述的一种方法来磺化小分子，使用1,3-二磺酸咪唑氯([Dsim]Cl)。然而，在聚合物中添加官能团更具挑战性，因为很难分离副产物并保持聚合物链的性质。

　　经过几个月的反复试验，研究人员优化了条件，以尽量减少副作用。“我们筛选了不同的有机溶剂，磺化剂的摩尔比，并评估了不同的温度和时间，”材料科学博士候选人和合著者Kelsey Koutsoukos说。

　　他们发现，使用温和的磺化剂，聚合物磺化程度高，缺陷少，效率高。他们的方法以废弃的泡沫塑料为原料，有效地将塑料废物转化为PEDOT:PSS

　　将其废物衍生聚合物与市售PEDOT:PSS进行比较

　　他们在两个设备上进行了测试:一个有机电子晶体管和一个太阳能电池。化学博士候选人、第一作者罗春元(Chun-Yuan Lo)说:“性能是可比的，表明我们的方法是环保的，可以将聚苯乙烯废物转化为高价值的电子材料。”

　　UD的具体分析包括x射线光电子能谱，薄膜厚度分析和太阳能电池评估。阿贡国家实验室先进的光谱设备，如碳核磁共振，被用于详细的聚合物表征。

　　一个意想不到的发现是在反应过程中使用化学计量比的能力。“通常情况下，你会在聚苯乙烯磺化过程中使用过量的刺激性试剂。在这里，我们通过使用化学计量比来最大限度地减少浪费。”

　　这一发现将有助于Kayser团队“微调”磺化程度，从而影响PEDOT:PSS的电学性能。

　　Kayser说:“对于电子设备社区来说，关键的收获是你可以从垃圾中制造电子材料，性能和商业购买的一样好。”“对于传统的聚合物科学家来说，高效和精确的磺化控制将引起各种社区和应用的兴趣。”

　　研究人员认为，他们的工作可以通过将废物转化为增值材料，为全球可持续发展做出重大贡献。“我们的研究提供了解决升级回收和回收挑战的另一个例子，”罗说。