Исследовательская группа регулярно работала с PEDOT:PSS. Этот полимер обладает как электронной, так и ионной проводимостью. Ученые предположили, что PEDOT:PSS можно получить путем сульфирования полистирола — синтетического пластика, который используется во многих типах одноразовых контейнеров и упаковочных материалов.
Сульфирование — это распространенная химическая реакция, в которой атом водорода замещается сульфокислотой. Этот процесс используется для создания различных продуктов — красителей, лекарств и ионообменных смолах. Реакции сульфирования могут быть либо «жесткими» (с большей конверсией, но требуются едкие реагенты), либо «мягкими» (менее эффективный метод, но используются более щадящие вещества). Исследователи хотели найти что-то среднее.
Первоначально ученые обратились к методу сульфирования малых молекул, описанному в прошлой работе. Этот метод, использующий 1,3-дисульфокислотный имидазолиум хлорид, показал хорошие результаты с точки зрения эффективности и выхода продукта. Однако, как объяснили исследователи, присоединение функциональных групп к полимеру сложнее, чем к малым молекулам. Это связано с двумя причинами. Во-первых, нежелательные побочные продукты сложнее отделить от полимера. Во-вторых, любые, даже незначительные, ошибки в структуре полимерной цепи могут повлиять на его общие свойства.
После месяцев работы ученым удалось подобрать условия реакции, обеспечивающие эффективное сульфирование полимера с минимальным количеством дефектов, используя при этом мягкий сульфирующий агент. В качестве исходного материала использовались отходы пенополистирола. Обычно для сульфирования полистирола требуется избыток агрессивных реагентов. В данном же случае ученым удалось использовать стехиометрические соотношения, что позволило минимизировать количество образующихся отходов. Таким образом, метод можно использовать для переработки пластика в PEDOT:PSS.
Исследователи сравнили характеристики PEDOT:PSS, полученного из отходов, с коммерчески доступным аналогом. Они рассмотрели два устройства: органический электронный транзистор и солнечную батарею. Характеристики обоих типов проводящих полимеров оказались сопоставимы. Это демонстрирует, что метод является экологически безопасным способом превращения отходов полистирола в ценные электронные материалы.
Исследователи планируют изучать полученный материал для оптимизации степени сульфирования. Уже сейчас им удалось регулировать этот показатель, меняя соотношение исходных материалов. Применение тонкой настройки данного параметра пригодится в других областях, например, при разработке топливных элементов или фильтров для воды.
