【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，環(huán)境學(xué)院楊家寬教授、武漢光電國家研究中心張建兵教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在固廢資源化與光電材料交叉領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型常溫濕法新工藝，實(shí)現(xiàn)了從廢鉛酸電池鉛膏中高效回收高純度氯化鉛(PbCl2)，并成功將其應(yīng)用于高性能硫化鉛量子點(diǎn)(PbS QDs)及短波紅外圖像傳感器的制備。該研究成果以“PbS Quantum Dot Image Sensors Derived from Spent Lead-Acid Batteriesviaan Environmentally Friendly Route”為題，在Engineering上正式發(fā)表。
 

　　針對廢鉛膏回收傳統(tǒng)火法冶煉過程中存在的高能耗、鉛塵及SO2排放等環(huán)境問題，研究團(tuán)隊(duì)提出了“脫硫-同步還原氯化-結(jié)晶”的常溫濕法新工藝。該工藝通過NaCl-HCl混合溶液體系同步完成Pb(IV)還原與Pb(II)氯化過程，最終通過冷卻結(jié)晶獲得高純度PbCl2晶體。該工藝實(shí)現(xiàn)了鉛回收率達(dá)97%，產(chǎn)品純度達(dá)99.99%，進(jìn)一步以回收的PbCl2為前驅(qū)物成功合成出PbS量子點(diǎn)。表征結(jié)果顯示，制備的PbS量子點(diǎn)在吸收光譜、光致發(fā)光光譜、晶相結(jié)構(gòu)等方面與商用原料制備的量子點(diǎn)高度一致。不同激子峰(940-1867 nm)的量子點(diǎn)均表現(xiàn)出尖銳的激子吸收峰和單分散性，證明其具有優(yōu)異的尺寸均一性與結(jié)晶質(zhì)量。
 

　　基于回收PbCl2制備的量子點(diǎn)紅外光電探測器在1300 nm波長下表現(xiàn)出卓越性能，外量子效率達(dá)49.6%，處于國際先進(jìn)水平。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過單片集成技術(shù)，在CMOS讀出電路上成功制備出640×512像素的短波紅外圖像傳感器，并實(shí)現(xiàn)了對水、四氯乙烯等溶劑的清晰區(qū)分，展現(xiàn)出優(yōu)異的成像與物質(zhì)識別能力。
 

　　生命周期評估(LCA)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，該常溫濕法新工藝在環(huán)境指標(biāo)上均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)火法及常規(guī)濕法工藝。經(jīng)濟(jì)分析顯示，回收PbCl2的成本僅為商業(yè)產(chǎn)品的27.5%，使PbS量子點(diǎn)的合成總成本降低23.2%。該研究構(gòu)建了一條由廢鉛酸電池轉(zhuǎn)化為高性能電子器件的高值化循環(huán)利用新途徑，對推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)與綠色電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
 

　　本研究工作由環(huán)境學(xué)院仝宇欣碩士生、李朝陽博士生為共同第一作者完成，環(huán)境學(xué)院楊家寬教授與武漢光電國家研究中心張建兵教授為共同通訊作者。研究獲得國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。