研究人员使用从汽车电池中回收的铅来制造光电探测器

随着锂离子电池价格的持续下降，它们正在迅速取代传统上用于汽车和其他交通工具的铅酸电池。这导致废旧铅酸电池突然大量涌现，如果回收不当，将对环境和人类造成危害。为了帮助解决这个问题，研究人员开发了一种环保方法，将用过的铅酸电池中的铅转化为在紫外可见波段工作的光电探测器。

“我们相信这种回收策略可以显着减少废铅酸电池造成的铅污染，这对环境很重要，”来自中国南方科技大学的研究小组组长苏龙兴说。“光电探测器通过为回收铅创造市场来促进循环经济。它们可用于各种应用，包括光通信、化学分析和成像。”

在Optics Letters期刊中，Su 及其同事描述了他们从废弃铅酸电池中提取铅，然后用它合成适用于光电探测器的 碘化铅 （II） （PbI 2 ）微晶的过程。

“回收的 PbI 2微晶具有制造光电探测器所需的质量和纯度水平，”Su 说。“我们还表明，微晶可用于制造具有出色稳定性、可重复性和快速响应速度的光电探测器。”

回收的 PbI 2微晶具有制造光电探测器所需的质量和纯度水平。显示了千克规模的 PbI 2微晶的生产。图片：南方科技大学龙兴苏

旧电池的新用途

虽然在用过的铅酸电池中发现的铅可以回收利用，但用于此的大多数方法都很昂贵并且存在各种缺点。Su 的研究团队开发了一种更有效的策略，可以从铅酸电池中发现的铅膏中生产 PbI 2。

为了从糊状物中提取铅，研究人员开发了一种一锅法，只需要廉价、容易获得的化学品，不需要商业前体，这会增加成本。该过程包括将糊状物放入含有过量柠檬酸一水合物、柠檬酸钠二水合物和 H 2 O 2的混合溶液中。过量的二水柠檬酸钠导致几乎所有生成的柠檬酸铅溶解在混合溶液中。然后过滤混合物以获得含铅的澄清溶液。当向溶液中加入过量的氢碘酸时，会形成黄色的 PbI 2沉淀，将其收集并在真空中干燥。

然后，研究人员使用简单的旋涂工艺，使用通过该工艺生产的 PbI 2创建了一个光电探测器。他们使用 300 W Xe 灯作为 UV-Visible 光源和半导体参数仪器作为电信号收集器研究了光电探测器的光响应。他们制造的 PbI 2 光电探测器在 10 V 偏置电压下显示出 1.06 nA 的低暗电流和 103 的开关比。

显示了由回收的 PbI 2微晶制成的光电探测器的 （a） 结构示意图和 （b） 工作机制。该光电探测器表现出出色的稳定性、可重复性和快速响应速度。图片：南方科技大学龙兴苏

下一步

研究人员现在正致力于扩大他们的工艺以大量生产回收的 PbI 2。在商业化之前，回收的 PbI 2和由其制成的光电探测器需要由有兴趣将光电探测器整合到下游产品中的独立测试机构和公司进行验证。

“我们希望我们的工作能够被化工企业和下游企业注意到，以便我们的方法能够推广到市场，”苏说。“我们的绿色反应物回收方法也可能对其他应用有用，例如制造太阳能电池。”