Превръщат пластмасовите отпадъци в ценен материал за електрониката

Учени от Съединените щати са открили химическа реакция, която може да трансформира отпадъчната пластмаса, а именно полистиролова пяна, в ценния проводим полимер PEDOT:PSS. Този полимер показва сравнима производителност с наличните в търговската мрежа аналози, когато се използва в органични електронни транзистори и слънчеви панели.

Изследователи от Университета на Делауеър и Националната лаборатория в Аргон са разработили метод за синтезиране на PEDOT:PSS чрез сулфониране на полистирен, синтетична пластмаса, широко използвана в различни контейнери за еднократна употреба и опаковъчни материали. Според EurekAlert проучването, публикувано в списанието JACS Au, демонстрира успешното интегриране на рециклирани пластмасови отпадъци в напълно функционални електронни устройства, включително хибридни силициеви слънчеви клетки и органични електрохимични транзистори (OET).

Сулфонирането е често срещана химическа реакция, при която водородният атом се замества със сулфонова киселина. Този процес е част от технологията за производство на багрила, лекарства и йонообменни смоли (йонообменници), които са синтетични полимери. Химичните реакции могат да бъдат или „твърди“ (с по-висока крайна ефективност, но изискващи разяждащи реагенти) или „меки“ (по-малко ефективни, но използващи по-меки реагенти). Учените искат да намерят нещо средно: „Нуждаехме се от реагент, който да е достатъчно ефективен, за да постигнем наистина висока степен на функционализация, но който няма да развали полимерната верига“, обяснява ръководителят на изследването Лаура Кайзер.

Ключовото постижение обаче е разработването на метод за „меко“ сулфониране, който осигурява висока степен на функционализация на полимера, без да разрушава неговата верига. Д-р Келси Куцукос отбеляза, че екипът е провел месеци на експерименти, за да намери оптималните условия за реакция. „Тествахме различни органични разтворители, различни моларни съотношения на сулфониращия агент, оценихме различни температури и времена, за да видим кои условия са най-добри за постигане на висока степен на сулфониране“, каза той.

В крайна сметка става възможно да се намерят реакционни условия, които водят до високо сулфониране на полимера, минимални дефекти и висока ефективност, като всичко това се използва с мек сулфониращ агент. Открита е и възможността за прецизен контрол на степента на целия процес, което отваря перспективи за приложения в различни области, включително горивни клетки и устройства за филтриране на вода.

Изследователите подчертават, че тяхната работа може значително да допринесе за глобалните усилия за устойчивост, като предложи нов начин за рециклиране на отпадъци в ценни материали. Един от основните автори на работата, Чун Ян Ло, отбелязва: „Много учени работят върху проблема с рециклирането на използвани суровини, но нашето изследване е различен пример за това как този проблем може да бъде решен.“ Полимерът, получен от отпадъци, е сравнен с наличния в търговската мрежа PEDOT:PSS. Функцията на двата типа е абсолютно идентична.