碳点制得的小发光二极管（LED）。图片来源：PrashantSarswat

大多数的圣诞灯、DVD播放器、电视和手电筒都有一个共同点：发光二极管。过去的几十年，LED广泛应用于各种用途，是荧光灯和白炽灯的高效替代品。现在，犹他大学的两名研究人员已经发现了一种利用食物和饮料残渣制备LEDs的方法。此外，利用食物和饮料残渣，也可以减少潜在的有害废弃物，因为LEDs通常含有有毒元素。

LEDs是一种将电转换成光的有效装置。不同于将能量的80%直接用于发热的荧光灯和白炽灯，LEDs直接消耗80%的能量来发光。这使得LEDs不需要荧光灯和白炽灯中用来加热的灯丝。

LEDs可由具有荧光特性的量子点或微晶来构成。量子点（QDs）可由各种材料制成，其中有一部分比较稀有且合成昂贵，甚至可能含有有毒物质。过去10多年的研究主要集中在利用碳点（CDs），或者由碳构成的简单QDs，来制造LEDs。

与其他类型的QDs相比，CDs具有更低的毒性和更好的生物相容性，这意味着可以在更广泛的范围内进行使用。

过去的一年半中，冶金工程研究（U Metallurgical Engineering Research）助理教授PrashantSarswat和教授Michael Free成功的使用食物残渣（玉米残渣）来制备CDs，进而生产成LEDs。相关结果于近期发表于《物理化学化学物理》（Physical Chemistry Chemical Physics）期刊上。

从面包到灯泡（From bread to bulb）

Sarswat和Free采用溶剂热法将垃圾合成CDs，即将垃圾置于高温高压的溶剂当中，直至形成CDs。实验过程中，研究人员所用的是软饮料以及玉米、面包渣。

食物和饮料残渣置于溶剂当中，直接或间接加热30-90分钟。

成功的从合成物当中找到CDs的踪迹之后，Sarswat和Free令CDs发光以监测其形成和颜色。

另外还对其进行了其他四种测试，包括傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼和原子力显微镜成像，以确定CDs的各种光学及材料性能。

“合成和表征由垃圾制成的CDs是一个非常具有挑战的事情。我们必须确定量子点的尺寸，直径只有20nm甚至更小，因此我们不得不采取多种测试手段来确定CDs确实存在，并确定其光学性质。”Sarswat如是说。

相比之下，人类头发丝的直径大约为75000nm。

Sarswat和Free采用多种测试手段，首先测量CDs的尺寸，这与量子点的颜色和发光强度相关。接着测试确定产生做好CDs的碳源。比方说，他们发现溶解于软饮料当中的蔗糖和果糖是生产CDs的最有效来源。

最后，将CDs悬浮于环氧树脂中，加热使CDs固化，以备LEDs实际应用。

环境可持续替代品（An environmentally sustainable alternative）

目前，最常见的量子点是硒化镉，这种化合物含有两种有毒元素。利用食物和饮料残渣来制备CDs，可以减少有毒废弃物，因为食物和饮料本身是没有毒的。

“来自于食物和饮料残渣的量子点不含有常见的有毒元素，比如硒和镉，这使其合成和处理更加环保。此外，采用食物和饮料残渣作为QDs的原材料，可以减少浪费，并降低这种有用材料的生产成本。”Free如是说。

硒化镉分解时会产生毒性，除此之外，硒化镉还很昂贵——Website上每25mL的售价为529美元。

“食物和饮料残渣已经摆在那里了，我们的原材料成本便宜得多。事实上，可以说是免费的。”Sarswat如是说。

美国农业部的报告称，2014年约有31%的食品生产被浪费。将这些废弃物用于制造具有广泛用途的LEDs，将是环境可持续的一种方法。

展望未来，Sarswat和Free希望继续进行这项研究，采用食物和饮料残渣生产具有稳定性和长寿命的LEDs。

“最终的目标是大规模生产并在日常设备中使用这种LEDs。成功利用已经存在的废弃物，是最终的目标。”Sarswat如是说。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮