Ценить

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12171 (2022) Цитировать эту статью

1510 Доступов

4 цитаты

11 Альтметрика

Подробности о метриках

Утилизация электронных отходов (электронных отходов) представляет собой ряд экологических проблем. Однако существуют большие возможности использования этих проблемных отходов в качестве источника металлов с добавленной стоимостью. Эти металлы можно было бы восстановить и преобразовать для использования в полезных приложениях, таких как производство наноматериалов для получения водорода посредством термодинамического расщепления воды. В этом исследовании использовались методы микропереработки для синтеза нанохлопьев оксида меди (CuO), легированных оксидом азота (NiO), из отходов гибких печатных плат (FPCB) с использованием методов микропереработки. Несколько точных характеристик и экспериментальных анализов были использованы для подтверждения фазовой чистоты, химии поверхности, морфологии и оптических свойств синтезированных нанохлопьев. Рентгеновский анализ подтвердил, что нанохлопья, образующиеся в системе, представляют собой преимущественно тенорит CuO (98,5% ± 4,5) с примесью NiO (1,5% ± 0,1). Наночешуйки имели удельную поверхность 115,703 м2/г и мезопористую структуру со средним диаметром пор 11 нм. Анализ HRTEM подтвердил, что наночешуйки не представляют собой единую структуру, а собраны из 2D-наностержней. Ширина наностержней варьировалась от ∼ 10 до 50 нм, а длина от ∼ 30 до 80 нм. После быстрой термической обработки была оценена фототоковая реакция синтезированного материала, обнаружившая более высокую плотность фототока (- 1,9 мА/см2 при 0,6 В по сравнению с обратимым водородным электродом (RHE) при 1,5G AM). Анализ Мотта-Шоттки и электрохимическая импедансная спектроскопия показали, что синтезированный наноматериал обладает потенциальной термодинамической способностью расщеплять воду. Эти результаты стали обнадеживающим свидетельством перспективности технологий, использующих электронные отходы для производства наноматериалов с ценными свойствами. Это потенциально может как уменьшить количество проблемных отходов, так и сохранить истощающиеся природные ресурсы.

По мере истощения природных ресурсов мировая промышленность и производство должны принять новые стратегии, которые заменяют традиционные ресурсы материалами, которые преобразуются из отходов. Одним из наиболее проблемных потоков отходов являются электронные отходы (электронные отходы). Сюда входят многие ценные металлы и неметаллы. Например, гибкие печатные платы (FPCB) содержат более 99% чистой меди, внедренной в неметаллы, такие как полиимид/полиамид и смола1, в которых эмульсия на основе Ni широко используется в качестве отделки поверхности FPCB, особенно при пайке. места для защиты от окисления во время пайки. FPCB обычно изготавливаются в виде большого листа. На заключительном этапе производства их штампуют и разрезают до нужной формы и размера, оставляя после себя большое количество отходов, богатых ценной металлической медью. Эту медь можно было бы извлечь с помощью метода термического отделения (TDT) и в дальнейшем использовать в других промышленных целях2,3. В этом исследовании мы использовали Cu, извлеченную из отходов FPCB, для синтеза наноматериала CuO и оценили эффективность термодинамического расщепления воды синтезированного материала.

CuO и Cu2O как оксиды переходных металлов представляют собой две полупроводниковые фазы оксида меди4. Прямая запрещенная зона Cu2O составляет 2,1 эВ5, и она используется во многих приложениях, включая фотовольтаику6, суперконденсаторы7, фотокатализ8 и сенсоры9. CuO, с другой стороны, предпочтителен для фотоэлектрохимических (PEC) применений из-за его превосходной способности поглощать свет и высокой физической стабильности. CuO имеет перспективные применения во многих областях, включая фотоэлектрохимические процессы расщепления воды3,4, фотовольтаику5,6, суперконденсаторы7,8, фотокатализ9,10, фотодетекторы11,12,13, батареи14,15, а также биосенсоры и химические вещества11,16,17. Ширина запрещенной зоны CuO может варьироваться от 1,2 до 1,7 эВ10. Это позволяет полупроводнику поглощать солнечный спектр в более широком диапазоне длин волн, что делает его привлекательным кандидатом для фотоэлектрических применений. Незначительные носители, возбужденные фотоактивностью, направляются к границе раздела полупроводника и электролита при расщеплении воды ПЭК, где они подвергаются окислительно-восстановительной реакции и генерируют водород из дырок полупроводников n-типа или кислород из электронов полупроводников p-типа11. При расщеплении воды материалы n-типа, такие как ZnO12, Fe2O313 и TiO214, действуют как электроды, выделяющие кислород, а вещества p-типа, такие как CuBi2O415, InP16 и WSe217, действуют как электроды, выделяющие водород. CuO является сильным фотокатодом для генерации водорода из-за его проводимости p-типа и точного расположения зоны проводимости18.