Учените се научиха да превръщат пластмасовите отпадъци в ценен материал за електрониката

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

Изследователи от Университета на Делауеър и Националната лаборатория в Аргон са разработили метода за синтез PEDOT:PSS чрез сулфониране на полистирола — синтетична пластмаса, широко използвана в контейнерите за еднократна употреба и опаковъчните материали. Според EurekAlert, проучването, публикувано в списание JACS Au, демонстрира успешното интегриране на рециклираните пластмасови отпадъци в напълно функционални електронни устройства, включително и хибридните силициеви слънчеви клетки и органичните електрохимични транзистори (OET).

Сулфонирането — това е често срещана химическа реакция, при която атома на водорода се замества със сулфонова киселина. Този процес е част от технологията за производство на багрила, лекарства и йонообменни смоли (йонообменници), които представляват 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 искаха да намерят нещо средно: „Нуждаехме се от реагент, който е достатъчно ефективен, за да постигнем наистина висока степен на функционалност, но без 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 отбелязва, 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“ — казва той.

В крайна сметка беше възможно да се намерят реакционни условия, които доведоха 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 отпадъците в ценни материали. Един от основните автори на дейността е завършилият студент Чън-Юан Ло, който отбелязва: „Много учени работят върху проблема с рециклирането и преработката на използвани суровини и нашето изследване е друг пример за това, как този проблем може да бъде решен“. Полимерът, получен от отпадъци, беше сравнен с наличния в търговската мрежа PEDOT:PSS. Изпълнението на двата типа е било идентично.