Ученые из Технологического института Нагои в Японии открыли новый метод превращения рыбных отходов в высококачественные углеродные наноанионы (CNOS). Эта технология может привести к созданию более дешевого светодиодного освещения и экранов QLED нового поколения.

Процедура синтеза, разработанная учеными NITech, позволяет превратить рыбью чешую, извлеченную из рыбных отходов, в полезный наноматериал на основе углерода. Подход использует микроволны для термического разрушения чешуи путем пиролиза менее чем за 10 секунд. В результате образуются углеродные нананионы уникального качества по сравнению с теми, которые получают традиционными методами. Credit: Takashi Shirai from NITech, Japan

CNOs - это разновидность углеродного наноматериала с низкой токсичностью, химической стабильностью и уникальными электрическими и оптическими свойствам. Они представляют собой наноструктуры, состоящие из фуллеренов - выпуклых замкнутых многогранников, составленных из трёхкоординированных атомов углерода. Их основные преимущества перед другими углеродными наноматериалами - большая площадь поверхности и более высокая электро- и теплопроводность.

Теперь в рамках своей новой работы, опубликованной в журнале Green Chemistry, команда из Технологического института Нагои предложила технологию простой переработки рыбных отходов в CNO. Команда разработала маршрут синтеза, который позволяет за считанные секунды превратить рыбью чешую в необходимые наноматериалы. Ключом к этому процессу послужил микроволновый пиролиз.

Но как рыбья чешуя может так легко превращаться в CNO? Хотя точная причина не совсем ясна, команда считает, что это связано с коллагеном, содержащимся в рыбьей чешуе. Он способен поглощать достаточно микроволнового излучения, чтобы вызвать быстрое повышение температуры. Это, в свою очередь, приводит к термическому разложению или "пиролизу". При пиролизе образуются газы, которые способствуют формированию CNO. 

Новый метод производства CNO может снизить стоимость дисплеев нового поколения

Новый метод не требует экстремальных температур, сложных катализаторов и занимает всего 10 секунд. Кроме того, этот "процесс позволяет получать CNO с очень высокой степенью кристалличности" , поясняют исследователи в своей статье, отмечая, что это невероятно редкое явление для процессов с использованием отходов биомассы. 

Ученые также подчеркивают, что их "метод позволяет создавать CNO, которые избирательно и тщательно функционализированы группами (-COOH) и (-OH)". Одним из преимуществ функционализации и высокой кристалличности CNOs является то, что они придают им уникальные оптические свойства. Доцент Такаши Шираи, работавший над новым исследованием, сказал: "CNOs демонстрируют ультраяркое излучение видимого света с эффективностью (или квантовым выходом) 40 процентов. Это значение, которое никогда не было достигнуто ранее, примерно в 10 раз выше, чем у ранее известных CNO, синтезированных традиционными методами".

Исследователи продемонстрировали эффективность своих CNO на основе рыбы, использовав их в светодиодах и тонких пленках, излучающих синий свет. По словам ученых, в результате экспериментов удалось добиться высокой стабильности излучения. "Стабильные оптические свойства могут позволить нам создавать излучающие гибкие пленки и светодиодные устройства большой площади", - рассказывает д-р Шираи. "Эти результаты откроют новые пути для разработки дисплеев следующего поколения и твердотельного освещения. Использование рыбных отходов - это не только более экологичный способ производства электронных устройств, но и снижение стоимости производства дисплеев нового поколения".

Источники: Nitech.ac,  journal Green Chemistry,
1. (https://www.nitech.ac.jp/eng/news/2022/9802.html)
2. (https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/GC/D1GC04785J)