發表於「綠色化學」,來自日本名古屋工業大學的研究團隊發現了一種簡便的方式,可將魚鱗轉化為極高品質的洋蔥型奈米碳球 (carbon nano-onions ,CNOs)。CNOs 為一種碳基奈米材料,由於其低毒性和化學穩定性,使之廣泛運用於電子、生物醫學及能源轉換工業。這些奈米結構由富勒烯同心殼組成,類似籠中籠結構,因而具有高表面積及絕佳導電性與導熱性。然而,過去生產 CNO 的方法存在嚴重缺點,一則需要嚴苛的合成條件,如:高溫或真空,二則耗時耗力。即使某些技術可規避限制,仍需要複雜的催化劑、昂貴的碳源或危險的酸鹼條件,大大限制 CNO 的潛能。
名古屋工業大學研究團隊發現利用魚廢棄物中的魚鱗,以微波熱裂解,短短幾秒鐘即可轉化為 CNO。雖然目前尚無法確認轉化的確切原因,推測應與魚鱗中的膠原蛋白有關。
當膠原蛋白吸收足夠的微波輻射,快速升溫致使「熱裂解」,以產生支援 CNO 所需之氣體。此方法優勢在於它不需複雜的催化劑、苛刻的條件或漫長的等待時間,魚鱗即可在 10 秒內轉化為 CNO。以生物質為原料合成高度結晶化的 CNO 是非常困難的,更別提過程中選擇性或全面性的被(-COOH)和(−OH)官能基化。這與過去形成鮮明對比,傳統方式製成之CNO 通常無官能基,必須額外進行官能基化之步驟。官能基化對 CNO 應用具有重大意義,當 CNO 表面無官能基時,由於π-π堆積作用相互之吸引力將使結構重疊,而影響溶劑中之溶解度。新合成法由於「自動」官能基化,使已具備官能基之CNO 在溶劑中擁有出色的分散性。
另一優勢則為光學特性,Shirai 博士解釋:「CNOs 表現出效率(或量子產率)為 40% 的超亮可見光發射 (ultra-bright visible-light emission)。此數值前所未有,且比過去傳統合成的 CNO 高出 10 倍。」
CNOs 在固態與液態(如:水、乙醇和異丙醇)中皆展現高度穩定釋放,此光學特性可用於未來製造大面積發光柔性薄膜和LED 裝置,為下一代顯示器和固態照明發展開闢新的途徑。由於此合成技術為環境友善,且提供魚廢物轉化為有效材料,該團隊相信他們的研究將有助於實現聯合國的永續發展目標。
資料來源:The Fish Site