Vědci z Univerzity Jamese Cooka vyvinuli proces syntézy grafenu z oleje z mandarinkové kůry. Ten pak použili k získání stříbra z odpadního fotovoltaického materiálu. Aby demonstrovali kvalitu získaného stříbra a syntetizovaného grafenu, vyrobili dopaminový senzor,

Vědci z Univerzity Jamese Cooka vyvinuli proces syntézy grafenu z oleje z mandarinkové kůry. Ten pak použili k získání stříbra z odpadního fotovoltaického materiálu. Aby demonstrovali kvalitu získaného stříbra a syntetizovaného grafenu, vyrobili dopaminový senzor, který údajně překonal referenční zařízení.

Tým z australské univerzity Jamese Cooka syntetizoval „volně stojící“ grafen s použitím netoxického a obnovitelného oleje z mandarinkové kůry. Ten lze údajně použít k obnově (regeneraci) stříbra z organických fotovoltaických zařízení na konci životnosti.

„Nejenže to vedlo k vysoce kvalitnímu grafenu, ale také prokázalo pozoruhodnou schopnost selektivně získávat stříbro z fotovoltaického odpadu. Jedním z nejpřekvapivějších zjištění bylo, jak výjimečně selektivní byl grafen při zacílení na stříbro,“ uvedl odpovídající autor Mohan Jacob.

Kvalita získaných i syntetizovaných materiálů se poté demonstrovala na zařízení SPE dopaminovým senzorem s vylepšeným stříbrem. To překonalo dva referenční dopaminové senzory vyrobené bez kompozitu stříbrného grafenu.

Syntéza grafenu

Tým zahájil výzkum syntézou grafenu „pomocí následného mikrovlnného plazmatu“ v atmosférických podmínkách. ,,Primární součásti systému zahrnují mikrovlnný generátor 2,45 GHz, odpovídající síť, chladicí systém a reakční komoru," uvedl.

Ramanova spektrální analýza grafenu ukázala „charakteristický 2D vrchol“ při mikrovlnných výkonech mezi 200 W a 1 000 W. „Snímky transmisní elektronové mikroskopie odhalily intersticiální rozestup 0,34, což odpovídalo hodnotě rentgenové difrakce vypočítané pomocí Braggova zákona“ řekl tým.

Získávání stříbra z FV a jeho následná regenerace

Tým poté získal stříbro z organických fotovoltaických zařízení vyluhováním v roztoku kyseliny dusičné. FV povlak obsahoval oxid indium cínu (ITO), oxid zinečnatý (ZnO), oxid molybdenu (MoO₃) a stříbro (Ag).

Po dokončení louhování se roztok ochladil a použil jako zásobní roztok pro vytvoření SPE potaženého grafenem. „Po 10 minutách elektrodepozice se koncentrace Ag mírně snížila na 1,69 ppm. Tento pokles naznačuje, že některé ionty Ag se redukovaly a uložili se na povrch elektrody během elektrochemického procesu. Po 20 minutách elektrodepozice se koncentrace Ag iontů dále snížila na 1,62 ppm, což ukazuje na neustálé snižování koncentrace Ag iontů,“ uvedli akademici.

,,Tyto výsledky naznačují, že delší trvání elektrodepozice může vést k dalšímu snížení koncentrace stříbra." Depozice Ag se potvrdila cyklickou voltametrickou detekcí.

„Navzdory přítomnosti různých dalších sloučenin v roztoku FV odpadu vykazoval grafen mimořádnou schopnost izolovat a získávat stříbro s vysokou přesností. Tato dvojí výhoda produkce cenného grafenu při selektivním získávání stříbra ze složité směsi se stala vzrušujícím a poněkud neočekávaným výsledkem,“ řekl Mohan.

Tým uvedl, že studie „zdůrazňuje pozoruhodnou účinnost“ grafenu při získávání cenných kovů, jako je stříbro, z elektronického odpadu.

„Rozhodli jsme se demonstrovat s odpadním fotovoltaickým materiálem. A to proto, protože fotovoltaický odpad se stává rychle rostoucím problémem kvůli rostoucímu využívání solární energie. Likvidace fotovoltaických panelů, které obsahují cenné kovy, jako je stříbro, představuje ekologické i ekonomické výzvy. Zaměřením na fotovoltaický odpad jsme se zaměřili na vývoj udržitelného řešení, které řeší naléhavou potřebu účinných metod recyklace a zároveň obnovuje cenné zdroje,“ řekl Jacob.

Ukázka dopaminového senzoru

Pro ilustraci kvality kompozitního materiálu v reálné aplikaci vytvořil tým detektor grafen-stříbrná elektroda (SPE/graphene-Ag) a porovnal jej s holým detektorem SPE a detektorem grafenu/SPE. Výsledky testů ukázaly, že elektroda SPE/grafen-Ag vykazovala „významné zlepšení špičkového proudu“ ve srovnání s ostatními dvěma vzorky.

Výzkumníci navrhli další aplikace kompozitů grafen-stříbro, jako jsou povlaky odolné proti korozi, vodivé inkousty pro použití flexibilních zařízení v elektronickém průmyslu, antimikrobiální povlaky pro použití v biomedicínském průmyslu, stejně jako senzory pro detekci plynů, biomolekul a znečišťujících látek.

Jejich práce se podrobně popsala v článku „Zelená syntéza grafenu pro cílené získávání stříbra z fotovoltaického odpadu“, publikovaném v Chemosphere.

Dosavadní odezva na výzkum byla pozitivní. „Naše práce se právě objevila online a jsme ohromeni odezvou našich kolegů a jejich zájmem o náš výzkum,“ řekl Jacob a dodal, že skupina obdržela povzbudivou zpětnou vazbu o „širší použitelnosti a potenciálním dopadu“ práce v oblasti baterií a elektronického odpadu.

Dalšími kroky týmu je optimalizace procesu zelené syntézy, aby se zlepšila jeho škálovatelnost a ekonomická životaschopnost, s cílem vytvořit proces, který lze integrovat do stávající infrastruktury pro recyklaci a regeneraci fotovoltaiky a elektronického odpadu. „Aktivně se zabýváme komercializací, abychom tyto pokroky uvedli na trh a významně ovlivnili toto odvětví,“ řekl Jacob. ,,Zkoumáme také partnerství se zúčastněnými stranami v oboru a investory, abychom mohli pilotovat implementace ve větším měřítku."

Zdroj: pv-magazine, Vapol