Hoje, compostos petroquímicos e metais raros, como platina e irídio, são usados ​​para produzir semicondutores para optoeletrônica, como LEDs orgânicos para telas superfinas de TV e telefones celulares. Físicos da Universidade de Umeå, em colaboração com investigadores na Dinamarca e na China, descobriram uma alternativa mais sustentável. Ao cozinhar sob pressão folhas de bétula colhidas no campus da Universidade de Umeå, eles produziram uma partícula de carbono nanométrica com propriedades ópticas desejadas.



“A essência da nossa pesquisa é aproveitar recursos renováveis ​​próximos para a produção de materiais semicondutores orgânicos”, diz Jia Wang, pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Umeå, e um dos autores do estudo publicado na Química Verde .

Semicondutores orgânicos são materiais funcionais importantes em aplicações optoeletrônicas. Uma aplicação são os diodos emissores de luz orgânicos, OLEDs, que compreendem telas ultrafinas e brilhantes de TV e telefones celulares. O aumento acentuado da procura por esta tecnologia avançada está a impulsionar a produção massiva de materiais semicondutores orgânicos.

Infelizmente, estes semicondutores são atualmente produzidos principalmente a partir de compostos petroquímicos e elementos raros obtidos através de mineração ambientalmente prejudicial. Além disso, estes materiais contêm frequentemente as chamadas “matérias-primas críticas” que são escassas, como platina, índio e fósforo.

Do ponto de vista da sustentabilidade, seria ideal se pudéssemos utilizar biomassa de plantas, animais e resíduos para produzir materiais semicondutores orgânicos. Esses materiais iniciais são renováveis ​​e estão disponíveis em abundância. A pesquisadora Jia Wang e seus colegas do Departamento de Física, juntamente com parceiros internacionais, conseguiram produzir esse material semicondutor de base biológica.

Folhas de bétula na panela de pressão

O processo de síntese é simples:colheram folhas de bétula no campus de Umeå e cozinharam-nas numa panela de pressão. Isso produziu “pontos de carbono” com cerca de dois nanômetros de tamanho que emitem uma luz vermelha profunda de banda estreita quando dissolvidos em etanol. Algumas das propriedades ópticas desses pontos de carbono em folhas de bétula são comparáveis ​​aos pontos quânticos comerciais atualmente usados ​​em materiais semicondutores, mas, diferentemente deles, eles não contêm metais pesados ​​ou matérias-primas críticas.

“É importante notar que o nosso método não se limita às folhas de bétula”, explica Jia Wang. “Testamos folhas de plantas diferentes com o mesmo método de cozimento sob pressão, e todas produziram pontos de carbono emissores de vermelho semelhantes. Essa versatilidade sugere que o processo de transformação pode ser usado em locais diferentes.”

Usando os pontos de carbono em um dispositivo de célula eletroquímica emissora de luz, os pesquisadores conseguiram mostrar que o brilho gerado foi de 100 cd/m ² , que é comparável à intensidade da luz de uma tela de computador.

“Este resultado mostra que é possível fazer a transição do esgotamento dos compostos de petróleo para a regeneração da biomassa como matéria-prima para semicondutores orgânicos”, diz Jia Wang.

Ela enfatiza o potencial mais amplo dos pontos de carbono, além dos dispositivos emissores de luz.

“Os pontos de carbono são promissores em diversas aplicações, desde bioimagem e detecção até antifalsificação. Estamos abertos a colaborações e ansiosos para explorar usos mais interessantes para esses pontos de carbono emissivos e sustentáveis”, diz Jia Wang.

Mais informações: Shi Tang et al, Pontos de carbono fluorescentes de folhas de bétula para dispositivos eletroluminescentes sustentáveis, Química Verde (2023). DOI:10.1039/D3GC03827K
Informações do diário: Química Verde

Fornecido pela Universidade de Umea