Szereg zwierciadeł i pryzmatów odchyla lasery i skupia je w celu przeprowadzenia reakcji. Źródło: Uniwersytet Teksasu w Austin
Zespół stworzył technikę laserową umożliwiającą rozkładanie twardych tworzyw sztucznych na cenne składniki, oferując nowe, zrównoważone podejście do walki z globalnym zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi.
Globalny zespół badawczy, kierowany przez Texas Engineers, opracował laserową metodę rozkładu cząsteczek w tworzywach sztucznych i innych materiałach na ich podstawowe składniki w celu ponownego wykorzystania w przyszłości.
Odkrycie, które polega na ułożeniu tych materiałów na dwuwymiarowych materiałach zwanych dichalkogenkami metali przejściowych, a następnie ich podświetleniu, może ulepszyć sposób, w jaki pozbywamy się tworzyw sztucznych, których rozkład przy użyciu dzisiejszych technologii jest prawie niemożliwy.
„Wykorzystując te wyjątkowe reakcje, możemy zbadać nowe ścieżki przekształcania substancji zanieczyszczających środowisko w cenne chemikalia nadające się do ponownego użycia, przyczyniając się do rozwoju bardziej zrównoważonej gospodarki o obiegu zamkniętym” – powiedział Yuebing Zheng, profesor na Wydziale Mechanicznym Walker w Cockrell School of Engineering Engineering i jeden z liderów projektu. „To odkrycie ma znaczące implikacje dla stawienia czoła wyzwaniom środowiskowym i postępu w dziedzinie zielonej chemii”.
Wyniki badań opublikowano niedawno w Komunikacja przyrodnicza. W skład zespołu wchodzą badacze z Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley; Uniwersytet Tohoku w Japonii; Laboratorium Krajowe Lawrence Berkeley; Uniwersytet Baylora; oraz Uniwersytet Stanowy Pensylwanii.
Walka z zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi
Zanieczyszczenie tworzywami sztucznymi stało się globalnym kryzysem środowiskowym, w wyniku którego każdego roku miliony ton odpadów z tworzyw sztucznych gromadzą się na wysypiskach śmieci i w oceanach. Konwencjonalne metody degradacji tworzyw sztucznych są często energochłonne, szkodliwe dla środowiska i nieskuteczne. Naukowcy przewidują wykorzystanie tego nowego odkrycia do opracowania wydajnych technologii recyklingu tworzyw sztucznych w celu zmniejszenia zanieczyszczeń.
Profesor Yuebing Zheng i doktorant Siyuan Huang. Źródło: Uniwersytet Teksasu w Austin
Naukowcy wykorzystali światło o małej mocy, aby rozbić wiązania chemiczne tworzyw sztucznych i stworzyć nowe wiązania chemiczne, które zamieniły materiały w luminescencyjne kropki węglowe. Nanomateriały węglowe cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na ich liczne możliwości, a kropki te można potencjalnie wykorzystać jako nośniki pamięci w urządzeniach komputerowych nowej generacji.
„Ekscytujące jest potencjalne wykorzystanie plastiku, który sam w sobie może nigdy się nie zepsuć, i przekształcenie go w coś przydatnego dla wielu różnych gałęzi przemysłu” – powiedział Jingang Li, doktorant na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, który rozpoczął badania na UT.
Potencjał szerszych zastosowań
Specyficzna reakcja nazywana jest aktywacją CH, podczas której wiązania węgiel-wodór w cząsteczce organicznej są selektywnie rozrywane i przekształcane w nowe wiązanie chemiczne. W ramach tych badań dwuwymiarowe materiały katalizowały tę reakcję, która doprowadziła do przemiany cząsteczek wodoru w gaz. Otworzyło to drogę cząsteczkom węgla do łączenia się ze sobą, tworząc kropki przechowujące informacje.
Konieczne są dalsze badania i rozwój, aby zoptymalizować proces aktywacji CH za pomocą światła i zwiększyć jego skalę do zastosowań przemysłowych. Jednakże badanie to stanowi znaczący krok naprzód w poszukiwaniu zrównoważonych rozwiązań w zakresie gospodarki odpadami z tworzyw sztucznych.
Zaprezentowany w tym badaniu proces aktywacji CH za pomocą światła można zastosować do wielu długołańcuchowych związków organicznych, w tym polietylenu i środków powierzchniowo czynnych powszechnie stosowanych w układach nanomateriałów.
Odniesienie: „Aktywacja C–H sterowana światłem za pośrednictwem 2D dichalkogenków metali przejściowych” Jingang Li, Di Zhang, Zhongyuan Guo, Zhihan Chen, Xi Jiang, Jonathan M. Larson, Haoyue Zhu, Tianyi Zhang, Yuqian Gu, Brian W. Blankenship, Min Chen, Zilong Wu, Suichu Huang, Robert Kostecki, Andrew M. Minor, Costas P. Grigoropoulos, Deji Akinwande, Mauricio Terrones, Joan M. Redwing, Hao Li i Yuebing Zheng, 2 lipca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-49783-z
Badania finansowane były przez różne instytucje, m.in Narodowy Instytut ZdrowiaNarodowa Fundacja Nauki, Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki, Fundacja Hirose i Chińska Narodowa Fundacja Nauk Przyrodniczych.
W skład zespołu badawczego wchodzą Deji Akinwande i Yuqian Gu z Wydziału Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Chandra Family Department na Uniwersytecie UT; Zhihan Chen, Zilong Wu i Suichu Huang z programu nauki i inżynierii materiałowej na UT; Hao Li, Di Zhang i Zhongyuan Guo z Uniwersytetu Tohoku w Japonii; Brian Blankenship, Min Chen i Costas P. Grigoropoulos z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley; Xi Jiang, Robert Kostecki i Andrew M. Minor z Lawrence Berkeley National Laboratory; Jonathan M. Larson z Uniwersytetu Baylor; oraz Haoyue Zhu, Tianyi Zhang, Mauricio Terrones i Joan M. Redwing z Pennsylvania State University.
