如今，石化化合物和鉑、銥等稀有金屬被用來生產光電半導體，例如用于超薄電視和手機屏幕的有機 LED。 于默奧大學的物理學家與丹麥和中國的研究人員合作，發現了一種更可持續的替代方案。 通過對于默奧大學校園采摘的樺樹葉進行高壓烹飪，他們生產出了具有所需光學特性的納米碳顆粒。

“我們研究的本質是利用附近的可再生資源來生產有機半導體材料，”于默奧大學物理系研究員、該研究的作者之一王嘉說，該研究已發表在《綠色化學》雜志上。

有機半導體是光電應用中重要的功能材料。 其中一種應用是有機發光二極管（OLED），包括超薄且明亮的電視和手機屏幕。 對這種先進技術的需求急劇增加正在推動有機半導體材料的大規模生產。

不幸的是，這些半導體目前主要由石化化合物和通過對環境有害的采礦獲得的稀有元素生產。 而且，這些材料往往含有供應短缺的所謂“關鍵原材料”，例如鉑、銦和磷。

從可持續發展的角度來看，如果我們能夠利用來自植物、動物和廢物的生物質來生產有機半導體材料，那將是理想的。 這些原材料是可再生的并且來源豐富。 物理系研究員王佳和她的同事與國際合作伙伴一起成功生產了這種生物基半導體材料。

白樺葉放入高壓鍋中

合成過程很簡單：他們在于默奧校園采摘樺樹葉，然后在高壓鍋中煮熟。 它產生了大約兩納米大小的“碳點”，當溶解在乙醇中時，碳點會發出窄帶的深紅光。 這些樺葉碳點的一些光學特性與目前用于半導體材料的商用量子點相當，但與它們不同的是，它們不含重金屬或關鍵原材料。

“值得注意的是，我們的方法不僅限于白樺葉，”王嘉解釋道。 “我們用相同的壓力烹飪方法測試了不同的植物葉子，它們都產生了類似的發紅光的碳點。這種多功能性表明該轉化過程可以在不同的地方使用。”

利用發光電化學電池裝置中的碳點，研究人員能夠證明產生的亮度為 100 cd/m2，與電腦屏幕的光強度相當。

“這一結果表明，從消耗石油化合物到再生生物質作為有機半導體的原材料是可能的，”王嘉說。

她強調碳點除了發光裝置之外還有更廣泛的潛力。

“碳點在從生物成像、傳感到防偽等各種應用中都具有廣闊的前景。我們對合作持開放態度，并渴望探索這些發射性和可持續碳點的更令人興奮的用途，”王嘉說。