Forscher haben eine Methode entwickelt, mit der sich Moleküle aus Kunststoffen und anderen Materialien mithilfe von Lasern in kleinste Teile zerlegen lassen, um sie später wiederzuverwenden, wie sie heute bekannt gaben.
Bei dieser Methode werden diese Materialien auf zweidimensionale Materialien, sogenannte Übergangsmetalldichalkogenide, gelegt und dann mit Licht bestrahlt.
Die Entdeckung hat das Potenzial, den Umgang mit schwer abbaubaren Kunststoffen zu verbessern. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
„Indem wir diese einzigartigen Reaktionen ausnutzen, können wir neue Wege erkunden, um Umweltschadstoffe in wertvolle wiederverwendbare Chemikalien umzuwandeln und so die Entwicklung einer nachhaltigeren und Kreislaufwirtschaft voranzutreiben“, sagte Yuebing Zheng, Professor am Walker Department of Mechanical Engineering der Cockrell School of Engineering der University of Texas in Austin und einer der Projektleiter. „Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die Bewältigung ökologischer Herausforderungen und die Weiterentwicklung des Bereichs der grünen Chemie.“
Die Verschmutzung durch Plastik ist zu einer globalen Umweltkrise geworden. Jedes Jahr sammeln sich Millionen Tonnen Plastikmüll auf Mülldeponien und in den Ozeanen an. Herkömmliche Methoden zum Abbau von Plastik sind oft energieintensiv, umweltschädlich und ineffektiv. Die Forscher wollen diese neue Entdeckung nutzen, um effiziente Recyclingtechnologien für Plastik zu entwickeln und so die Verschmutzung zu reduzieren.
Die Forscher verwendeten schwaches Licht, um die chemischen Bindungen des Kunststoffs aufzubrechen und neue zu schaffen, wodurch das Material in lichtemittierende Kohlenstoffpunkte umgewandelt wurde. Diese Kohlenstoffpunkte sind aufgrund der Vielseitigkeit von kohlenstoffbasierten Nanomaterialien sehr gefragt und könnten möglicherweise als Speichergeräte in Computergeräten der nächsten Generation eingesetzt werden.
„Es ist spannend, Kunststoffe, die sich nie zersetzen, in Materialien umzuwandeln, die für viele verschiedene Branchen nützlich sind“, sagte Jingang Li, ein Postdoktorand an der UC Berkeley, der diese Forschung an der UT Austin begann.
Die spezielle Reaktion, auf die er sich bezog, heißt „CH-Aktivierung“, bei der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in organischen Molekülen selektiv aufgebrochen und in neue chemische Bindungen umgewandelt werden. In dieser Studie katalysierte das 2D-Material die Reaktion und verwandelte Wasserstoffmoleküle in Gas, wodurch Kohlenstoffmoleküle sich miteinander verbinden und Kohlenstoffpunkte bilden konnten, die Informationen speichern.
Um diesen lichtgetriebenen CH-Aktivierungsprozess zu optimieren und für industrielle Anwendungen zu skalieren, sind weitere Forschung und Entwicklung erforderlich. Diese Forschung stellt jedoch einen wichtigen Fortschritt bei der Suche nach nachhaltigen Lösungen für die Kunststoffabfallbewirtschaftung dar.
Der in dieser Studie demonstrierte lichtgetriebene CH-Aktivierungsprozess kann auf viele langkettige organische Verbindungen angewendet werden, darunter Polyethylen und Tenside, die häufig in Nanomaterialsystemen verwendet werden.
Weitere Co-Autoren kommen von der University of Texas in Austin, der Tohoku University in Japan, der University of California, Berkeley, dem Lawrence Berkeley National Laboratory, der Baylor University und der Pennsylvania State University.
Die Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health, der National Science Foundation, der Japan Society for the Promotion of Science, der Hirose Foundation und der National Natural Science Foundation of China unterstützt.
