【儀表網 研發快訊】近日，環境學院楊家寬教授、武漢光電國家研究中心張建兵教授聯合團隊在固廢資源化與光電材料交叉領域取得重要研究進展。團隊開發了一種新型常溫濕法新工藝，實現了從廢鉛酸電池鉛膏中高效回收高純度氯化鉛(PbCl2)，并成功將其應用于高性能硫化鉛量子點(PbS QDs)及短波紅外圖像傳感器的制備。該研究成果以“PbS Quantum Dot Image Sensors Derived from Spent Lead-Acid Batteriesviaan Environmentally Friendly Route”為題，在Engineering上正式發表。
針對廢鉛膏回收傳統火法冶煉過程中存在的高能耗、鉛塵及SO2排放等環境問題，研究團隊提出了“脫硫-同步還原氯化-結晶”的常溫濕法新工藝。該工藝通過NaCl-HCl混合溶液體系同步完成Pb(IV)還原與Pb(II)氯化過程，最終通過冷卻結晶獲得高純度PbCl2晶體。該工藝實現了鉛回收率達97%，產品純度達99.99%，進一步以回收的PbCl2為前驅物成功合成出PbS量子點。表征結果顯示，制備的PbS量子點在吸收光譜、光致發光光譜、晶相結構等方面與商用原料制備的量子點高度一致。不同激子峰(940-1867 nm)的量子點均表現出尖銳的激子吸收峰和單分散性，證明其具有優異的尺寸均一性與結晶質量。
基于回收PbCl2制備的量子點紅外光電探測器在1300 nm波長下表現出卓越性能，外量子效率達49.6%，處于國際先進水平。研究團隊進一步通過單片集成技術，在CMOS讀出電路上成功制備出640×512像素的短波紅外圖像傳感器，并實現了對水、四氯乙烯等溶劑的清晰區分，展現出優異的成像與物質識別能力。
生命周期評估(LCA)與技術經濟分析表明，該常溫濕法新工藝在環境指標上均顯著優于傳統火法及常規濕法工藝。經濟分析顯示，回收PbCl2的成本僅為商業產品的27.5%，使PbS量子點的合成總成本降低23.2%。該研究構建了一條由廢鉛酸電池轉化為高性能電子器件的高值化循環利用新途徑，對推動循環經濟與綠色電子產業發展具有重要意義。
本研究工作由環境學院仝宇欣碩士生、李朝陽博士生為共同第一作者完成，環境學院楊家寬教授與武漢光電國家研究中心張建兵教授為共同通訊作者。研究獲得國家自然科學基金重點項目、面上項目及國家重點研發計劃的支持。
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