خداحافظی با روش‌های خطرناک سنتز؛ نقاط کوانتومی از دل آب بیرون آمدند!
دانشگاه لی‌یژ بلژیک فرآیندی نوین برای تولید صنعتی و پایدار نقاط کوانتومی ارائه داد و با این دستاورد، تولید ایمن و صنعتی نقطه‌های کوانتومی کلید خورد.
به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، تیمی از پژوهشگران دانشگاه لی‌یژ بلژیک (ULiège) موفق به توسعه نخستین فرآیند پیوسته، تقویت‌شده و مقیاس‌پذیر برای تولید نقطه‌های کوانتومی کادمیمی (نوع II-VI) در آب شده‌اند؛ روشی که نه‌تنها جایگزینی امن و زیست‌سازگار برای روش‌های متداول مبتنی بر حلال‌های آلی ارائه می‌دهد، بلکه مسیری عملی برای تولید صنعتی و پایدار نانومواد پیشرفته ترسیم می‌کند.
نقطه‌های کوانتومی (QDs)، نانوذرات نیمه‌رسانایی هستند که به‌دلیل توانایی در جذب و نشر نور با دقت بالا، در صنایعی همچون سلول‌های خورشیدی، LEDها، تصویربرداری پزشکی و حسگرها کاربرد وسیعی دارند. با وجود این پتانسیل بالا، روش‌های متداول تولید آن‌ها با استفاده از حلال‌های سمی آلی، چالش‌های زیست‌محیطی و ایمنی قابل توجهی به همراه دارد.
در این پروژه که با همکاری دو مرکز تحقیقاتی CiTOS (مرکز فناوری‌های یکپارچه و سنتز آلی) و MSLab انجام شده، پژوهشگران با الهام از سنتز پپتیدها، از ترکیب TCEP به‌عنوان عامل انتقال‌دهنده کالکوژن (عناصر گوگرد، سلنیم، تلوریوم) استفاده کردند. این ترکیب محلول در آب و زیست‌سازگار است و امکان سنتز مؤثر نقطه‌های کوانتومی در فاز آبی را فراهم می‌کند.
به گفته ژان-کریستف مونبالیو (Jean-Christophe Monbaliu)، مدیر CiTOS: «TCEP پیش‌تر به‌عنوان یک احیاکننده در سنتز پپتیدها شناخته شده بود. ما دیدیم که این ماده می‌تواند نقش جدیدی به‌عنوان عامل انتقال کالکوژن ایفا کند و نتیجه فراتر از انتظار ما بود.»
با استفاده از طیف‌سنجی رامان در محل (in situ)، تیم تحقیقاتی به سرپرستی سدریک مالهرب (Cédric Malherbe) موفق شد مسیر واکنش‌ها را در لحظه رصد کند. این ابزار تحلیلی پیشرفته کمک کرد تا فرایند سنتز به‌دقت بهینه‌سازی و کنترل شود، رویکردی که به‌ندرت در حوزه نانومواد اعمال می‌شود.
کاهش چشمگیر مصرف انرژی و پسماند شیمیایی، حذف نیاز به مراحل پردازش پس از سنتز، افزایش ایمنی به دلیل حذف حلال‌های آلی و افزایش بازده تولید با حفظ کیفیت بالا از جمله مزیت های این فرآیند جدید است.
با این‌حال، نگرانی‌ها درباره سمّیت ترکیبات کادمیمی همچنان پابرجاست. به گفته کارلوتا کامپالانی (Carlotta Campalani) از CiTOS: «با وجود بهره‌وری بالای نقطه‌های کوانتومی کادمیمی، نگرانی‌های زیست‌محیطی و مقررات سخت‌گیرانه باعث شده‌اند به دنبال جایگزین‌های کم‌سم‌تر و سبزتر با عملکرد مشابه باشیم.»
این دستاورد نشان می‌دهد چگونه فناوری جریان پیوسته (Continuous Flow)، در کنار طراحی هوشمند مواد و استفاده از تحلیل‌های پیشرفته، می‌تواند تولید نانومواد را هم‌زمان ایمن، سازگار با محیط زیست و صنعتی‌سازی‌پذیر کند.
