高壓蒸煮樺葉以生產(chǎn)有機(jī)半導(dǎo)體原材料

如今，石化化合物和鉑、銥等稀有金屬被用來生產(chǎn)光電半導(dǎo)體，例如用于超薄電視和手機(jī)屏幕的有機(jī) 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(xiàn)了一種更可持續(xù)的替代方案。 通過對(duì)于默奧大學(xué)校園采摘的樺樹葉進(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生產(chǎn)有機(jī)半導(dǎo)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，該研究已發(fā)表在《綠色化學(xué)》雜志上。

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

不幸的是，這些半導(dǎo)體目前主要由石化化合物和通過對(duì)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(yīng)短缺的所謂“關(guān)鍵原材料”，例如鉑、銦和磷。

從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，如果我們能夠利用來自植物、動(dòng)物和廢物的生物質(zhì)來生產(chǎn)有機(jī)半導(dǎo)體材料，那將是理想的。 這些原材料是可再生的并且來源豐富。 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(dǎo)體材料。

白樺葉放入高壓鍋中

合成過程很簡單：他們?cè)谟谀瑠W校園采摘樺樹葉，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(dāng)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(dǎo)體材料的商用量子點(diǎn)相當(dāng)，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(cè)試了不同的植物葉子，它們都產(chǎn)生了類似的發(fā)紅光的碳點(diǎn)。這種多功能性表明該轉(zhuǎn)化過程可以在不同的地方使用。”

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(qiáng)度相當(dāng)。

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

她強(qiáng)調(diào)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(yīng)用中都具有廣闊的前景。我們對(duì)合作持開放態(tài)度，并渴望探索這些發(fā)射性和可持續(xù)碳點(diǎn)的更令人興奮的用途，”王嘉說。