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Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12171 (2022) Citar este artigo

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O descarte de lixo eletrônico (e-lixo) apresenta uma série de problemas ambientais. No entanto, existem grandes oportunidades para usar esse resíduo problemático como fonte de metais de valor agregado. Esses metais podem ser recuperados e transformados para uso em aplicações benéficas, como a fabricação de nanomateriais para a geração de hidrogênio por meio da separação termodinâmica da água. Este estudo utilizou técnicas de microrreciclagem para sintetizar nanoflocos de óxido de nitrogênio (NiO) dopado com óxido de cobre (CuO) a partir de resíduos de placas de circuito impresso flexíveis (FPCBs) usando técnicas de microreciclagem. Várias caracterizações precisas e análises experimentais foram usadas para validar a pureza de fase dos nanoflocos sintetizados, química de superfície, morfologia e propriedades ópticas. A análise XRD confirmou que os nanoflocos produzidos no sistema eram predominantemente Tenorita, CuO (98,5% ± 4,5) com um dopante de NiO (1,5% ± 0,1). Os nanoflocos apresentaram área superficial específica de 115,703 m2/g e estrutura mesoporosa com diâmetro médio de poro de 11 nm. A análise HRTEM confirmou que os nanoflakes não eram uma estrutura única, mas sim montados a partir de nanorods 2D. A largura dos nanobastões variou de ∼ 10 a 50 nm, e o comprimento de ∼ 30 a 80 nm. Após processamento térmico rápido, a resposta de fotocorrente do material sintetizado foi avaliada, revelando uma maior densidade de fotocorrente (− 1,9 mA/cm2 a 0,6 V vs. eletrodo reversível de hidrogênio (RHE) sob 1,5 G AM). A análise de Mott Schottky e a espectroscopia de impedância eletroquímica mostraram que o nanomaterial sintetizado tinha a capacidade termodinâmica potencial de separação de água. Esses resultados foram uma indicação encorajadora da promessa de técnicas que usam lixo eletrônico para produzir nanomateriais com propriedades valiosas. Isso tem o potencial de diminuir o desperdício problemático e preservar os recursos naturais cada vez menores.

À medida que os recursos naturais diminuem, a indústria e a manufatura globais precisam adotar novas estratégias que substituam os recursos convencionais por materiais que são transformados a partir de resíduos. Um dos fluxos de resíduos mais problemáticos é o lixo eletrônico (e-lixo). Isso inclui muitos metais e não metais valiosos. Por exemplo, placas de circuito impresso flexíveis (FPCBs) contêm mais de 99% de cobre puro embutido em não metais, como poliimida/poliamida e resina1, em que uma emulsão à base de Ni é amplamente utilizada como acabamento superficial para FPCBs, particularmente em soldagem locais para proteger da oxidação durante a soldagem. Os FPCBs normalmente são feitos como uma folha grande. Durante o estágio final de produção, eles são perfurados e cortados no formato e tamanho desejados, deixando para trás uma grande quantidade de resíduos ricos em valioso metal Cu. Este Cu poderia ser recuperado por uma técnica de desengajamento térmico (TDT) e ser posteriormente utilizado em outras aplicações industriais2,3. Neste estudo, usamos Cu recuperado de resíduos de FPCBs para sintetizar nanomaterial de CuO e avaliamos o desempenho da separação termodinâmica da água do material sintetizado.

CuO e Cu2O como óxidos de metais de transição são duas fases semicondutoras do óxido de cobre4. O bandgap direto para Cu2O é de 2,1 eV5 e é usado em várias aplicações, incluindo fotovoltaica6, supercapacitores7, fotocatálise8 e sensores9. O CuO, por outro lado, é preferido para aplicações fotoeletroquímicas (PEC) como resultado de sua excelente capacidade de absorção de luz e alta estabilidade física. CuO tem aplicações prospectivas em vários campos, incluindo processos fotoeletroquímicos de divisão de água3,4, fotovoltaicos5,6, supercapacitores7,8, fotocatálise9,10, fotodetectores11,12,13, baterias14,15 e biossensores e produtos químicos11,16,17. O bandgap de CuO pode ser projetado de 1,2 a 1,7 eV10. Isso permite que o semicondutor absorva o espectro solar em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda, tornando-o um candidato atraente para aplicações fotovoltaicas. Os portadores menores excitados pela fotoatividade são guiados para a interface do semicondutor e eletrólito no PEC water splitting, onde sofrem uma reação redox e geram hidrogênio a partir dos buracos dos semicondutores do tipo n ou oxigênio dos elétrons dos semicondutores do tipo p11. Na divisão da água, materiais do tipo n, como ZnO12, Fe2O313 e TiO214, operam como eletrodos de evolução de oxigênio, e substâncias do tipo p, como CuBi2O415, InP16 e WSe217, atuam como eletrodos de evolução de hidrogênio. CuO é um fotocátodo forte para geração de hidrogênio por causa de sua condutividade do tipo p e localização precisa da banda de condução18.