隨著鋰離子電池價格的持續下降，它們正在迅速取代傳統上用于汽車和其他交通工具的鉛酸電池。這導致廢舊鉛酸電池突然大量涌現，如果回收不當，將對環境和人類造成危害。為了幫助解決這個問題，研究人員開發了一種環保方法，將用過的鉛酸電池中的鉛轉化為在紫外可見波段工作的光電探測器。

“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，這對環境很重要，”來自中國南方科技大學的研究小組組長蘇龍興說。“光電探測器通過為回收鉛創造市場來促進循環經濟。它們可用于各種應用，包括光通信、化學分析和成像。”

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器所需的質量和純度水平，”Su 說。“我們還表明，微晶可用于制造具有出色穩定性、可重復性和快速響應速度的光電探測器。”

回收的 PbI 2微晶具有制造光電探測器所需的質量和純度水平。顯示了千克規模的 PbI 2微晶的生產。圖片：南方科技大學龍興蘇

舊電池的新用途

雖然在用過的鉛酸電池中發現的鉛可以回收利用，但用于此的大多數方法都很昂貴并且存在各種缺點。Su 的研究團隊開發了一種更有效的策略，可以從鉛酸電池中發現的鉛膏中生產 PbI 2。

為了從糊狀物中提取鉛，研究人員開發了一種一鍋法，只需要廉價、容易獲得的化學品，不需要商業前體，這會增加成本。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。當向溶液中加入過量的氫碘酸時，會形成黃色的 PbI 2沉淀，將其收集并在真空中干燥。

然后，研究人員使用簡單的旋涂工藝，使用通過該工藝生產的 PbI 2創建了一個光電探測器。他們使用 300 W Xe 燈作為 UV-Visible 光源和半導體參數儀器作為電信號收集器研究了光電探測器的光響應。他們制造的 PbI 2 光電探測器在 10 V 偏置電壓下顯示出 1.06 nA 的低暗電流和 103 的開關比。

顯示了由回收的 PbI 2微晶制成的光電探測器的 （a） 結構示意圖和 （b） 工作機制。該光電探測器表現出出色的穩定性、可重復性和快速響應速度。圖片：南方科技大學龍興蘇

下一步

研究人員現在正致力于擴大他們的工藝以大量生產回收的 PbI 2。在商業化之前，回收的 PbI 2和由其制成的光電探測器需要由有興趣將光電探測器整合到下游產品中的獨立測試機構和公司進行驗證。

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