Университет штата Делавэр и Аргоннская национальная лаборатория открыли способ превращения пенополистирола в ценный проводящий полимер PEDOT:PSS. В новой работе, опубликованной в журнале JACS Au, показано, как пластиковые отходы можно использовать в электронных устройствах, таких как гибридные солнечные элементы и органические электрохимические транзисторы. Исследовательская группа Лора Кайзера работает с полимером PEDOT:PSS, который проводит ток. Они искали способы синтезировать этот материал из пластиковых отходов. После общения с химиком из Аргонны Дэвидом Кафаном, исследовательские группы UD и Аргонны начали изучать гипотезу о получении PEDOT:PSS путём сульфонирования полистирола. Сульфонирование — это химическая реакция, в которой атом водорода заменяется сульфокислотой. Этот процесс используется для создания различных продуктов, таких как красители, лекарства и ионообменные смолы. Реакция может быть либо «жёсткой» (с более высокой эффективностью преобразования, но требующей едких реагентов), либо „мягкой“ (менее эффективный метод, но с использованием более мягких материалов). Исследователи хотели найти эффективный реагент, который не портил бы полимерную цепь. Сначала они обратились к методу сульфонирования малых молекул, показавшему многообещающие результаты с точки зрения эффективности и выхода. Для этого использовался 1,3-дисульфокислотный имидазолиум хлорид ([Dsim]Cl). Однако добавление функциональных групп к полимеру сложнее, чем к маленькой молекуле. Это связано с тем, что нежелательные побочные продукты труднее отделить, а любые небольшие ошибки в полимерной цепи могут изменить её общие свойства. Келси Кутсукос, докторант по материаловедению и второй автор статьи, рассказал, что для решения проблемы исследователи долго экспериментировали, чтобы определить оптимальные условия, которые минимизируют побочные реакции. Они проверили разные растворители, соотношения веществ, температуры и время, чтобы найти лучшие условия для эффективного сульфонирования. Исследователи нашли условия реакции, которые позволяют эффективно сульфонировать полимер с минимальным количеством дефектов. При этом используется мягкий сульфонирующий агент. В качестве исходного материала исследователи использовали полистирол, в частности, отходы пенополистирола. Это эффективный способ превращения пластиковых отходов в PEDOT:PSS. Полученный полимер сравнили с коммерчески доступным PEDOT:PSS. Чун-Юань Ло, докторант химического факультета и первый автор статьи, говорит:
В UD были проведены исследования с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) в центре анализа поверхности, измерена толщина плёнок в центре нанофабрикатов UD и оценены солнечные элементы в Институте преобразования энергии. Для детальной характеристики полимеров использовалось передовое спектроскопическое оборудование Аргонна. Профессор материаловедения и инженерии Роберт Опила оказал дополнительную поддержку в анализе солнечных элементов, а профессор материаловедения и инженерии Дэвид К. Мартин — в анализе характеристик электронных устройств. Исследователи неожиданно обнаружили возможность использовать стехиометрические соотношения в ходе реакции. Обычно полистирол сульфируют избытком очень агрессивных реагентов, а их остатки становятся отходами. По словам Кутсукоса, стехиометрическое соотношение позволяет минимизировать количество таких отходов. Группа Кайзера продолжит изучать это открытие как способ «тонкой настройки» степени сульфонации. Они обнаружили, что, изменяя соотношение исходных материалов, можно менять степень сульфонирования полимера. Команда также хочет исследовать влияние этой степени на электрические свойства PEDOT:PSS и возможность её применения в других областях, таких как топливные элементы или устройства фильтрации воды. Специалисты по электронным устройствам смогут делать рабочие электронные материалы из мусора. Учёные, изучающие полимеры, заинтересуются возможностью точного контроля степени сульфонирования для различных сообществ и приложений. Исследователи видят большой потенциал этого исследования для устойчивого развития. Мы можем преобразовывать отходы в материалы с добавленной стоимостью.
20.07.2024 |
Экология
Таяние арктических льдов может привести к похолоданию — есть пример из прошлого | |
Усиленное таяние арктического морского льда, в... |
Ученые предложили добавлять гипс в буровые отходы для повышения экологичности | |
При бурении скважин используются растворы, сод... |
В ПГУ создают экономичные фотокатализаторы для очистки воды и воздуха | |
Фотокатализаторы на основе наноматериалов... |
Фон в норме: океанологи исследовали ядерные захоронения в северных морях | |
Захоронения ядерных отходов в Карском и&n... |
Ecology: Из-за потепления белые медведи и ездовые собаки травмируют лапы | |
У белых медведей в некоторых районах Аркт... |
JHazMat: Дизайнерский биочар вычистил из воды фармпрепараты и нутриенты | |
Ибупрофен, как и многие другие лекар... |
В ТГУ создали сорбент для улавливания углекислого газа на МКС и подлодках | |
Томские химики создали новый материал, который... |
SciAdv: Деревья превратят в доступные экологически чистые промышленные химикаты | |
Деревья — это богатый природны... |
Science Advances: Утрата азотных фиксаторов угрожает биоразнообразию, экосистеме | |
Как деятельность человека, например, использов... |
Эксперты оспорили надежность моделей прогнозирования столкновений судов с китами | |
Новое исследование показало, что существу... |
Nature Ecology & Evolution: Луга реагируют на изменение климата с запозданием | |
Изменение климата влияет на все экос... |
Ученые СПбГУ подтвердили биогенное происхождение железо-марганцевых образований | |
Гипотезу о том, что железо-марганцев... |
Conservation Letters: Фауна тропических лесов не переживет изменение климата | |
Исследования показали, что две трети... |
В Томском политехе создали первые образцы экологичного авиатоплива из биосырья | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
Возраст каменных ежей из Восточного Таймыра определили ученые СПбГУ | |
Глендониты, или каменные ежи —... |
Science: Лесная растительность в Европе мигрирует на запад на 3,56 км ежегодно | |
Многие виды европейских лесных растений переме... |
STE: Ученые нашли нанопластик в тканях новорожденных | |
Даже новорожденные грызуны могут столкнуться с... |
Продовольственная система разрушена, и у нас осталось всего 60 урожаев | |
Защитники окружающей среды, исследователи, фер... |
В СПбГУ установили причины извержения вулканов 100 миллионов лет назад | |
Вулканические породы в Забайкальском крае... |
Система опреснения воды на солнечных батареях обеспечит дешевой питьевой водой | |
Опреснительную систему, работающую на сол... |
JEM: Зеленые зоны в мегаполисах улучшают здоровье жителей | |
Хотя доступ к природе — это&nb... |
JACS: Разработан способ гидрогенизации азотсодержащих ароматических соединений | |
Чтобы снизить вред от химического произво... |
NatComm: Ученым удалось визуализировать ударные волны в полимере | |
Устойчивое развитие — сложная пробл... |
В УГНТУ разработали новый способ утилизации газов | |
Способ утилизации топочных газов на предп... |
Nature Chemistry: Новый катализатор производит метан с помощью электричества | |
Новый катализатор, с помощью которого мож... |
Nature Geoscience: Антарктида зеленеет с ужасающей скоростью | |
За последние 40 лет растительный покров А... |
RSC Sustainability: Для производства фумаровой кислоты начнут применять выбросы | |
Из-за быстрого накопления пластиковых отходов ... |
mSphere: Зоопланктон «брезгует» бактериями из канализационных стоков | |
Зоопланктон — крошечные водные живо... |
Environmental Science & Technology: Выяснилось, как именно бактерии едят пластик | |
Не любите пластмассу? Вы просто не у... |
NCC: Изменение климата повлияет на запасы углерода в Арктике разными путями | |
В ходе экосистемного эксперимента группа иссле... |