华中科技大学环境学院杨家宽与​武汉光电国家研究中心张建兵合作团队探索废铅酸蓄电池到高性能量子点红外传感器的资源化新路径

　　近日，环境学院杨家宽教授、武汉光电国家研究中心张建兵教授联合团队在固废资源化与光电材料交叉领域取得重要研究进展。团队开发了一种新型常温湿法新工艺，实现了从废铅酸电池铅膏中高效回收高纯度氯化铅(PbCl2)，并成功将其应用于高性能硫化铅量子点(PbS QDs)及短波红外图像传感器的制备。该研究成果以“PbS Quantum Dot Image Sensors Derived from Spent Lead-Acid Batteriesviaan Environmentally Friendly Route”为题，在Engineering上正式发表。
 

　　针对废铅膏回收传统火法冶炼过程中存在的高能耗、铅尘及SO2排放等环境问题，研究团队提出了“脱硫-同步还原氯化-结晶”的常温湿法新工艺。该工艺通过NaCl-HCl混合溶液体系同步完成Pb(IV)还原与Pb(II)氯化过程，最终通过冷却结晶获得高纯度PbCl2晶体。该工艺实现了铅回收率达97%，产品纯度达99.99%，进一步以回收的PbCl2为前驱物成功合成出PbS量子点。表征结果显示，制备的PbS量子点在吸收光谱、光致发光光谱、晶相结构等方面与商用原料制备的量子点高度一致。不同激子峰(940-1867 nm)的量子点均表现出尖锐的激子吸收峰和单分散性，证明其具有优异的尺寸均一性与结晶质量。
 

　　基于回收PbCl2制备的量子点红外光电探测器在1300 nm波长下表现出卓越性能，外量子效率达49.6%，处于国际先进水平。研究团队进一步通过单片集成技术，在CMOS读出电路上成功制备出640×512像素的短波红外图像传感器，并实现了对水、四氯乙烯等溶剂的清晰区分，展现出优异的成像与物质识别能力。
 

　　生命周期评估(LCA)与技术经济分析表明，该常温湿法新工艺在环境指标上均显著优于传统火法及常规湿法工艺。经济分析显示，回收PbCl2的成本仅为商业产品的27.5%，使PbS量子点的合成总成本降低23.2%。该研究构建了一条由废铅酸电池转化为高性能电子器件的高值化循环利用新途径，对推动循环经济与绿色电子产业发展具有重要意义。
 

　　本研究工作由环境学院仝宇欣硕士生、李朝阳博士生为共同第一作者完成，环境学院杨家宽教授与武汉光电国家研究中心张建兵教授为共同通讯作者。研究获得国家自然科学基金重点项目、面上项目及国家重点研发计划的支持。