Cientistas aprenderam a transformar resíduos plásticos em material valioso para eletrônicos

Cientistas dos Estados Unidos descobriram uma reação química que pode transformar resíduos de plástico, nomeadamente espuma de poliestireno, no valioso polímero condutor PEDOT:PSS. Este polímero mostrou desempenho comparável aos análogos disponíveis comercialmente quando usado em transistores eletrônicos orgânicos e células solares.

Fonte da imagem: Instituto Nacional do Câncer/Unsplash

Pesquisadores da Universidade de Delaware e do Laboratório Nacional de Argonne desenvolveram um método para sintetizar PEDOT:PSS sulfonando poliestireno, um plástico sintético amplamente utilizado em recipientes e materiais de embalagem descartáveis. De acordo com EurekAlert, o estudo, publicado na revista JACS Au, demonstra a incorporação bem-sucedida de resíduos plásticos reciclados em dispositivos eletrônicos funcionais, incluindo células solares de silício híbridas e transistores eletroquímicos orgânicos (OETs).

A sulfonação é uma reação química comum na qual um átomo de hidrogênio é substituído por um ácido sulfônico. Esse processo faz parte da tecnologia de produção de corantes, fármacos e resinas de troca iônica (trocadores de íons), que são polímeros sintéticos. As reações químicas podem ser “duras” (com maior eficiência final, mas exigindo reagentes cáusticos) ou “suaves” (menos eficientes, mas utilizando reagentes mais suaves). Os cientistas queriam encontrar algo intermediário: “Precisávamos de um reagente que fosse eficiente o suficiente para atingir um grau realmente alto de funcionalização, mas que não estragasse a cadeia do polímero”, explica a líder do estudo, Laura Kayser.

Fonte da imagem: Evan Krape/Universidade de Delaware

No entanto, a principal conquista foi o desenvolvimento de um método de sulfonação “suave”, que proporcionou um alto grau de funcionalização do polímero sem destruir sua cadeia. Dr. Kelsey Koutsoukos observou que a equipe conduziu meses de experimentos para encontrar as condições ideais de reação.

«Testamos diferentes solventes orgânicos, diferentes proporções molares do agente sulfonante e avaliamos diferentes temperaturas e tempos para ver quais condições eram melhores para atingir um alto grau de sulfonação”, disse ele.

Em última análise, foi possível encontrar condições de reação que resultaram em alta sulfonação do polímero, defeitos mínimos e alta eficiência, tudo isso utilizando um agente sulfonante suave. Também foi descoberta a capacidade de controlar com precisão a extensão de todo o processo, o que abre perspectivas para aplicações em diversos campos, incluindo células de combustível e dispositivos de filtragem de água.

Os investigadores enfatizam que o seu trabalho pode contribuir significativamente para os esforços globais de sustentabilidade, oferecendo uma nova forma de reciclar resíduos em materiais valiosos. Um dos principais autores do trabalho, o estudante de pós-graduação Chun-Yuan Lo, observou: “Muitos cientistas estão trabalhando no problema da reciclagem e reciclagem de matérias-primas usadas, e nosso estudo é outro exemplo de como esse problema pode ser resolvido”. O polímero derivado de resíduos foi comparado com PEDOT:PSS comercialmente disponível. O desempenho de ambos os tipos foi idêntico.