高壓蒸煮樺葉以生產(chǎn)有機半導體原材料

如今，石化化合物和鉑、銥等稀有金屬被用來(lái)生產(chǎn)光電半導體，例如用于超薄電視和手機屏幕的有機 LED。 于默奧大學(xué)的物理學(xué)家與丹麥和中國的研究人員合作，發(fā)現了一種更可持續的替代方案。 通過(guò)對于默奧大學(xué)校園采摘的樺樹(shù)葉進(jìn)行高壓烹飪，他們生產(chǎn)出了具有所需光學(xué)特性的納米碳顆粒。

“我們研究的本質(zhì)是利用附近的可再生資源來(lái)生產(chǎn)有機半導體材料，”于默奧大學(xué)物理系研究員、該研究的作者之一王嘉說(shuō)，該研究已發(fā)表在《綠色化學(xué)》雜志上。

有機半導體是光電應用中重要的功能材料。 其中一種應用是有機發(fā)光二極管（OLED），包括超薄且明亮的電視和手機屏幕。 對這種先進(jìn)技術(shù)的需求急劇增加正在推動(dòng)有機半導體材料的大規模生產(chǎn)。

不幸的是，這些半導體目前主要由石化化合物和通過(guò)對環(huán)境有害的采礦獲得的稀有元素生產(chǎn)。 而且，這些材料往往含有供應短缺的所謂“關(guān)鍵原材料”，例如鉑、銦和磷。

從可持續發(fā)展的角度來(lái)看，如果我們能夠利用來(lái)自植物、動(dòng)物和廢物的生物質(zhì)來(lái)生產(chǎn)有機半導體材料，那將是理想的。 這些原材料是可再生的并且來(lái)源豐富。 物理系研究員王佳和她的同事與國際合作伙伴一起成功生產(chǎn)了這種生物基半導體材料。

白樺葉放入高壓鍋中

合成過(guò)程很簡(jiǎn)單：他們在于默奧校園采摘樺樹(shù)葉，然后在高壓鍋中煮熟。 它產(chǎn)生了大約兩納米大小的“碳點(diǎn)”，當溶解在乙醇中時(shí)，碳點(diǎn)會(huì )發(fā)出窄帶的深紅光。 這些樺葉碳點(diǎn)的一些光學(xué)特性與目前用于半導體材料的商用量子點(diǎn)相當，但與它們不同的是，它們不含重金屬或關(guān)鍵原材料。

“值得注意的是，我們的方法不僅限于白樺葉，”王嘉解釋道。 “我們用相同的壓力烹飪方法測試了不同的植物葉子，它們都產(chǎn)生了類(lèi)似的發(fā)紅光的碳點(diǎn)。這種多功能性表明該轉化過(guò)程可以在不同的地方使用?！?/p>

利用發(fā)光電化學(xué)電池裝置中的碳點(diǎn)，研究人員能夠證明產(chǎn)生的亮度為 100 cd/m2，與電腦屏幕的光強度相當。

“這一結果表明，從消耗石油化合物到再生生物質(zhì)作為有機半導體的原材料是可能的，”王嘉說(shuō)。

她強調碳點(diǎn)除了發(fā)光裝置之外還有更廣泛的潛力。

“碳點(diǎn)在從生物成像、傳感到防偽等各種應用中都具有廣闊的前景。我們對合作持開(kāi)放態(tài)度，并渴望探索這些發(fā)射性和可持續碳點(diǎn)的更令人興奮的用途，”王嘉說(shuō)。