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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12171(2022) 이 기사 인용

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전자 폐기물(e-폐기물) 처리는 여러 가지 환경 문제를 야기합니다. 그러나 이러한 문제가 있는 폐기물을 부가가치 금속의 원천으로 활용할 수 있는 좋은 기회가 있습니다. 이러한 금속은 열역학적 물 분해를 통한 수소 생성을 위한 나노물질 제조와 같은 유익한 응용 분야에 사용하기 위해 회수 및 변형될 수 있습니다. 이 연구에서는 미세 재활용 기술을 사용하여 폐 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)에서 산화질소(NiO) 도핑된 산화 구리(CuO) 나노플레이크를 합성하는 미세 재활용 기술을 사용했습니다. 합성된 나노플레이크의 상 순도, 표면 화학, 형태 및 광학 특성을 검증하기 위해 몇 가지 정확한 특성 분석 및 실험 분석이 사용되었습니다. XRD 분석을 통해 시스템에서 생성된 나노플레이크는 주로 NiO(1.5% ± 0.1) 도펀트를 포함하는 Tenorite, CuO(98.5% ± 4.5)임을 확인했습니다. 나노플레이크는 115.703m2/g의 비표면적과 11nm의 평균 기공 직경을 갖는 메조다공성 구조를 가졌습니다. HRTEM 분석을 통해 나노플레이크는 단일 구조가 아니라 2D 나노막대로 조립된 것임을 확인했습니다. 나노막대의 폭은 ~10에서 50nm까지 다양했고, 길이는 ~30에서 80nm까지 다양했다. 급속 열 처리 후, 합성된 물질의 광전류 응답을 평가하여 더 높은 광전류 밀도(0.6V에서 -1.9mA/cm2 대 1.5G AM에서 가역적 수소 전극(RHE))를 나타냈습니다. Mott Schottky 분석과 전기화학적 임피던스 분광학은 합성된 나노물질이 잠재적인 열역학적 물 분해 능력을 가지고 있음을 보여주었습니다. 이러한 결과는 전자 폐기물을 사용하여 귀중한 특성을 지닌 나노물질을 생산하는 기술의 가능성을 보여주는 고무적인 지표였습니다. 이는 문제가 되는 폐기물을 줄이고 줄어들고 있는 천연 자원을 보존할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

천연자원이 감소함에 따라 글로벌 산업과 제조는 기존 자원을 폐기물에서 변형된 재료로 대체하는 새로운 전략을 수용해야 합니다. 가장 문제가 되는 폐기물 흐름 중 하나는 전자 폐기물(e-폐기물)입니다. 이는 많은 귀금속과 비금속으로 구성됩니다. 예를 들어, 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)에는 폴리이미드/폴리아미드 및 수지와 같은 비금속에 내장된 99% 이상의 순수 구리가 포함되어 있으며1, Ni 기반 에멀젼은 특히 납땜에서 FPCB의 표면 마감재로 널리 사용됩니다. 납땜 중 산화를 방지할 수 있는 위치. FPCB는 일반적으로 큰 시트로 만들어집니다. 최종 생산 단계에서 원하는 모양과 크기로 펀칭 및 절단되어 귀중한 Cu 금속이 풍부한 대량의 폐기물이 남습니다. 이 Cu는 열 분리 기술(TDT)에 의해 회수될 수 있으며 다른 산업 응용 분야에서 추가로 사용될 수 있습니다2,3. 본 연구에서는 폐FPCB에서 회수된 Cu를 이용하여 CuO 나노물질을 합성하고, 합성된 물질의 열역학적 물분해 성능을 평가하였다.

전이 금속 산화물인 CuO 및 Cu2O는 산화 구리의 두 반도체 상입니다4. Cu2O의 직접 밴드갭은 2.1 eV5이며 광전지6, 슈퍼커패시터7, 광촉매8 및 센서9를 포함한 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 반면에 CuO는 우수한 광 흡수 능력과 높은 물리적 안정성으로 인해 광전기화학(PEC) 응용 분야에 선호됩니다. CuO는 물 분해 광전기화학 공정3,4, 광전지5,6, 슈퍼커패시터7,8, 광촉매9,10, 광검출기11,12,13, 배터리14,15, 바이오센서 및 화학물질11,16,17을 포함한 다양한 분야에서 유망한 응용 분야를 가지고 있습니다. CuO의 밴드갭은 1.2에서 1.7eV10까지 설계될 수 있습니다. 이를 통해 반도체는 더 넓은 범위의 파장에 걸쳐 태양 스펙트럼을 흡수할 수 있으므로 광전지 응용 분야에 매력적인 후보가 됩니다. 광활성에 의해 여기된 작은 캐리어는 PEC 물 분해에서 반도체와 전해질의 경계면으로 유도되어 산화환원 반응을 일으키고 n형 반도체의 정공에서 수소를 생성하거나 p형 반도체의 전자에서 산소를 생성합니다. 물 분해에서는 ZnO12, Fe2O313, TiO214 등 n형 물질이 산소 발생 전극으로 작용하고, CuBi2O415, InP16, WSe217 등 p형 물질이 수소 발생 전극으로 작용한다. CuO는 p형 전도성과 정확한 전도대 위치로 인해 수소 생성을 위한 강력한 광전 음극입니다.