隨著鋰離子電池價(jià)格的持續(xù)下降，它們正在迅速取代傳統(tǒng)上用于汽車和其他交通工具的鉛酸電池。這導(dǎo)致廢舊鉛酸電池突然大量涌現(xiàn)，如果回收不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境和人類造成危害。為了幫助解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)了一種環(huán)保方法，將用過的鉛酸電池中的鉛轉(zhuǎn)化為在紫外可見波段工作的光電探測(cè)器。

“我們相信這種回收策略可以顯著減少廢鉛酸電池造成的鉛污染，這對(duì)環(huán)境很重要，”來自中國南方科技大學(xué)的研究小組組長(zhǎng)蘇龍興說。“光電探測(cè)器通過為回收鉛創(chuàng)造市場(chǎng)來促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。它們可用于各種應(yīng)用，包括光通信、化學(xué)分析和成像。”

在Optics Letters期刊中，Su 及其同事描述了他們從廢棄鉛酸電池中提取鉛，然后用它合成適用于光電探測(cè)器的 碘化鉛 （II） （PbI 2 ）微晶的過程。

“回收的 PbI 2微晶具有制造光電探測(cè)器所需的質(zhì)量和純度水平，”Su 說。“我們還表明，微晶可用于制造具有出色穩(wěn)定性、可重復(fù)性和快速響應(yīng)速度的光電探測(cè)器。”

回收的 PbI 2微晶具有制造光電探測(cè)器所需的質(zhì)量和純度水平。顯示了千克規(guī)模的 PbI 2微晶的生產(chǎn)。圖片：南方科技大學(xué)龍興蘇

舊電池的新用途

雖然在用過的鉛酸電池中發(fā)現(xiàn)的鉛可以回收利用，但用于此的大多數(shù)方法都很昂貴并且存在各種缺點(diǎn)。Su 的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種更有效的策略，可以從鉛酸電池中發(fā)現(xiàn)的鉛膏中生產(chǎn) PbI 2。

為了從糊狀物中提取鉛，研究人員開發(fā)了一種一鍋法，只需要廉價(jià)、容易獲得的化學(xué)品，不需要商業(yè)前體，這會(huì)增加成本。該過程包括將糊狀物放入含有過量檸檬酸一水合物、檸檬酸鈉二水合物和 H 2 O 2的混合溶液中。過量的二水檸檬酸鈉導(dǎo)致幾乎所有生成的檸檬酸鉛溶解在混合溶液中。然后過濾混合物以獲得含鉛的澄清溶液。當(dāng)向溶液中加入過量的氫碘酸時(shí)，會(huì)形成黃色的 PbI 2沉淀，將其收集并在真空中干燥。

然后，研究人員使用簡(jiǎn)單的旋涂工藝，使用通過該工藝生產(chǎn)的 PbI 2創(chuàng)建了一個(gè)光電探測(cè)器。他們使用 300 W Xe 燈作為 UV-Visible 光源和半導(dǎo)體參數(shù)儀器作為電信號(hào)收集器研究了光電探測(cè)器的光響應(yīng)。他們制造的 PbI 2 光電探測(cè)器在 10 V 偏置電壓下顯示出 1.06 nA 的低暗電流和 103 的開關(guān)比。

顯示了由回收的 PbI 2微晶制成的光電探測(cè)器的 （a） 結(jié)構(gòu)示意圖和 （b） 工作機(jī)制。該光電探測(cè)器表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性、可重復(fù)性和快速響應(yīng)速度。圖片：南方科技大學(xué)龍興蘇

下一步

研究人員現(xiàn)在正致力于擴(kuò)大他們的工藝以大量生產(chǎn)回收的 PbI 2。在商業(yè)化之前，回收的 PbI 2和由其制成的光電探測(cè)器需要由有興趣將光電探測(cè)器整合到下游產(chǎn)品中的獨(dú)立測(cè)試機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行驗(yàn)證。

“我們希望我們的工作能夠被化工企業(yè)和下游企業(yè)注意到，以便我們的方法能夠推廣到市場(chǎng)，”蘇說。“我們的綠色反應(yīng)物回收方法也可能對(duì)其他應(yīng)用有用，例如制造太陽能電池。”