Японские ученые из Нагойского технологического университета предложили получать дешевые и эффективные углеродные нанолуковицы из рыбных отходов. Такой материал может найти применение в электронике, разработке дисплеев и освещения. Исследование опубликовано в журнале Green Chemistry.
Наноматериалы на основе углерода получают большое распространение в различных сферах: в электронике, энергетике, катализе и биомедицине. Это связано с их низкой токсичностью, химической стабильностью, выдающимися электрическими и оптическими свойствами. Один из примеров углеродных наноматериалов — нанолуковицы, которые впервые были открыты в 80-х гг. Нанолуковицы представляют собой вложенные друг в друга углеродные сферы — фуллерены. У них множество интересных качеств: большая площадь поверхности, хорошие электро- и теплопроводность. Однако методы получения нанолуковиц достаточно ограничены. Чаще всего в них требуются сложные условия (повышенная температура, вакуум), они энергоемки и занимают много времени. Чтобы обойти эти ограничения, можно использовать катализаторы, но они их стоимость слишком высока.
Японские ученые предложили перерабатывать рыбные отходы (чешую) в углеродные нанолуковицы методом микроволнового пиролиза. Коллаген, содержащийся в чешуе, способен поглощать микроволновое излучение, что приводит к быстрому повышению температуры. В результате начинается термическое разложение (пиролиз) сырья, в ходе чего образуются газы, участвующие в образовании углеродных нанолуковиц. Метод не требует ни сложных условий, ни дорогих катализаторов. Кроме того, процесс занимает всего 10 секунд. В результате пиролиза получаются кристаллические нанолуковицы, что говорит об их высоком качестве. Также в ходе синтеза поверхность нанолуковиц модифицируется различными функциональными группами (-COOH или -OH). В традиционных методах, напротив, поверхность нанолуковиц ничем не модифицируется, и для функционализации нужно проводить отдельные процессы.
«Автоматическая» модификация поверхности нанолуковиц имеет большое значение для их дальнейшего применения. Нанолуковицы с «голой» поверхностью слипаются между собой из-за так называемых π-π-взаимодействий. Из-за этого они крайне устойчивы к воздействию растворителей, что мешает использовать их в процессах, где участвуют растворы. Нанолуковицы с функционализованной поверхностью растворялись гораздо лучше.
Кроме того, полученные углеродные нанолуковицы обладают хорошими оптическими свойствами. Они излучают в области видимого света с квантовым выходом 40%. Это значение в 10 раз превышает литературные данные по нанолуковицам, синтезированным традиционными методами. Чтобы показать возможное применение нанолуковиц, ученые разработали на их основе светодиоды и тонкие пленки, излучающие синий свет. Излучение этого материала было довольно стабильным и сохранялось даже при погружении материала в растворители — в воду, этанол и изопропанол.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
