将废塑料转化为太阳能电池和晶体管等高性能电子器件的新方法

特拉华大学（UD）和阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员发现了一种方法，可以将一种常见的碍眼材料--保丽龙--转化为一种有价值的电子材料。最近发表在《JACS Au》上的一项研究详细介绍了他们的方法，即利用化学反应将保丽龙中的废旧塑料聚苯乙烯转化为一种名为 PEDOT:PSS 的高性能导电聚合物。

这一发现为电子行业和环境带来了希望。PEDOT:PSS 是一种多功能材料，具有电子和离子导电性，是各种电子设备的理想材料。传统上，这种聚合物是使用刺激性化学品合成的。然而，UD 和阿贡团队成功地采用了一种更温和的磺化工艺。

这项研究由 UD 材料科学与工程系助理教授 Laure Kayser 博士领导，研究始于一个简单的问题：PEDOT:PSS 能否从塑料废弃物中提取？该团队与来自阿贡的化学家 David Kaphan 博士合作，探索了磺化聚苯乙烯（发泡胶的主要成分）的可能性。

磺化是指用磺酸取代氢原子，这一过程常用于制造各种产品。然而，找到正确的平衡点至关重要。苛刻的方法转换率高，但会产生有害的副产品，而温和的方法效率较低。

研究人员测试了各种条件，如溶剂、磺化剂的比例、温度和反应时间。他们设计出了一种方法，可以实现聚合物的高度磺化，缺陷最小，效率惊人，同时还采用了一种更温和、更环保的方法。

"凯瑟博士说："我们可以用垃圾制造电子材料，而且它们的性能与市面上的产品一样好。这减少了对原始材料的依赖，为废物管理提供了一条宝贵的途径。

该团队成功地将从垃圾中提取的 PEDOT:PSS 应用到功能电子器件中，包括有机 晶体管和 太阳能电池.这些器件的性能可与使用商业生产的 PEDOT:PSS 的器件相媲美。

这一突破对电子产品的未来和可持续发展具有重大意义。根据《2024 年全球电子废弃物监测报告》，2022 年，在 620 亿公斤（1370 亿磅）电子废弃物中，只有不到 23% 得到适当回收。 2024 年全球电子垃圾监测报告.这正是类似的研究在未来成为关键的原因。