Исследовательская группа из Нагойского технологического института (NITech) в Японии разработала технологию синтеза, способную преобразовать рыбью чешую из отходов рыбообработки в широко востребованный наноматериал на основе углерода. Об этом сообщает Science Blog. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

Благодаря своей низкой токсичности, химической стабильности и замечательным электрическим и оптическим свойствам наноматериалы на основе углерода находят все больше и больше применений в электронике, преобразовании и хранении энергии, катализе и биомедицине. Так называемые «углеродные нанолуковицы» (CNO) занимают в этом важное место.

Впервые полученные еще в 1980 году, CNO представляют собой наноструктуры, состоящие из концентрических оболочек фуллеренов, напоминающие «клетки внутри других клеток». Они обладают множеством привлекательных качеств, таких как большая площадь поверхности и высокая электрическая и теплопроводность.

К сожалению, традиционные методы получения CNO имеют ряд серьезных недостатков. Одни из них требуют жестких условий синтеза, таких как высокие температуры или вакуум, в то время как другие затрачивают много времени и энергии. Некоторые методы могут обойти эти ограничения, но требуют применения сложных катализаторов, дорогих источников углерода или опасных кислотных или щелочных условий. Это сильно ограничивает возможности широкого применения CNO.

В недавнем исследовании группа ученых NITech смогла найти простой и эффективный способ превратить рыбные отходы в чрезвычайно высококачественные CNO. Чешуя, составляющая сейчас значительную часть отходов рыбообработки, менее чем за 10 секунд преобразуется в CNO с помощью микроволнового пиролиза.

Исследователи полагают, что механизм подобного синтеза связан с коллагеном, содержащимся в рыбьей чешуе, который может поглощать достаточное количество микроволнового излучения для быстрого повышения температуры. Это приводит к термическому разложению (пиролизу), при котором образуются определенные газы, поддерживающие молекулярную «сборку» CNO.

Что примечательно в этом подходе, так это то, что он не требует ни сложных катализаторов, ни жестких условий, ни длительного времени ожидания. Кроме того, этот процесс синтеза дает CNO с очень высокой степенью кристалличности. Этого чрезвычайно трудно достичь в процессах, в которых в качестве исходного материала используются отходы биомассы.

Исследователями отмечено, что во время их синтез-процесса поверхность CNO избирательно и тщательно функционализируется группами (-COOH) и (-OH). Это резко контрастирует с «голой» поверхностью CNO, приготовленной традиционными методами, которая обычно требует этих операций с помощью дополнительных этапов.

Такая «автоматическая» функционализация имеет важные последствия для последующих применений CNO. Без этого наноструктуры имеют тенденцию слипаться из-за взаимодействия притяжения, что затрудняет их диспергирование в различных растворителях. Предлагаемый новый процесс синтеза CNO обеспечивает их превосходную растворяемость.

Еще одним преимуществом, связанным с функционализацией и высокой степенью кристалличности, являются исключительные оптические свойства полученного материала. Образцы CNO продемонстрировали сверхяркое излучение видимого света с эффективностью (квантовым выходом) 40%. «Это значение, которое никогда раньше не достигалось, оно примерно в 10 раз выше, чем регистрировалось у CNO, синтезированных традиционными методами», – отметил д-р Такаши Шираи, руководитель исследовательской группы NITech.

Чтобы продемонстрировать некоторые из многих практических применений своих CNO, специалисты NITech представили варианты их использования в светодиодах и тонких пленках, излучающих синий свет. CNO давали высокостабильную эмиссию как внутри твердых устройств, так и при диспергировании в различных растворителях, включая воду, этанол и изопропанол.

«Это открывает новые возможности для разработки дисплеев следующего поколения и твердотельного освещения», – подчеркнул д-р Шираи. По его мнению, если подобные CNO появятся в светодиодном освещении следующего поколения и QLED-дисплеях, это позволит существенно снизить производственные затраты.

Вам может понравиться

У Смольного до сих пор нет далекоидущего плана по развитию метрополитена

Губернатор Александр Беглов пообещал городу 89 станций метро до 2050 года. Однако до сих пор нет более четких планов на реализацию проекта. Это может указывать на то, что Смольный не

Общественный штаб Бельского “по реновации” может оказаться бесполезной структурой

Петербуржцы сомневаются, что анонсированный спикером Законодательного собрания Александром Бельским Общественный штаб по реновации, якобы призванный решать возникающие при реализации программы «Комплексного развития территорий» (КРТ) проблемы, окажется полезен. По мнению экспертов,
Погода в России: