不幸的是，使用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)CNO也有很大的缺點(diǎn)。一些方法要求苛刻的合成條件，包括高溫或真空，而其他方法則需要大量的時(shí)間和精力。雖然某些方法可能超越了這些限制，但它們?nèi)匀恍枰獜?fù)雜的催化劑，昂貴的碳源，或潛在的危險(xiǎn)的酸性或堿性條件。這嚴(yán)重地限制了CNO的潛力。
科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單、快速和節(jié)能的合成方法，從魚鱗中生產(chǎn)特殊的碳納米離子。資料來(lái)源：日本NITech的Takashi Shirai。
幸運(yùn)的是，仍然有希望。來(lái)自日本名古屋工業(yè)大學(xué)的一組研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單易行的方法，可以將魚的廢料轉(zhuǎn)化為極高質(zhì)量的CNO。他們的發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《綠色化學(xué)》雜志上。 該小組包括副教授Takashi Shirai、碩士生Kai Odachi和助理教授Yunzi Xin，他們創(chuàng)造了一種合成方法，即通過(guò)微波熱解將清洗后從魚廢物中提取的魚鱗迅速轉(zhuǎn)化為CNO。
(左圖）描述通過(guò)微波熱解魚鱗合成碳納米離子的方案。上面的插圖顯示了魚鱗在10秒內(nèi)因吸收微波而導(dǎo)致的溫度上升，以及建議的碳納米離子的形成機(jī)制。(右圖）透射電子顯微鏡圖像顯示了合成的碳納米離子的形態(tài)，以及CNO在乙醇中的分散體、發(fā)光柔性薄膜和含有CNO的LED的照片。資料來(lái)源：日本NITech公司的Takashi Shirai
但是，魚鱗如何能夠如此容易地轉(zhuǎn)化為CNO？雖然確切的原因并不完全清楚，但研究小組認(rèn)為，這與魚鱗中含有的膠原蛋白有關(guān)，它可以吸收足夠的微波輻射，產(chǎn)生快速的溫度上升。這導(dǎo)致了熱分解或"熱解"，從而產(chǎn)生某些支持CNO組裝的氣體。這種方法的非凡之處在于，它不需要復(fù)雜的催化劑、苛刻的條件或漫長(zhǎng)的等待時(shí)間；魚鱗可以在不到10秒的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為CNO。
此外，這種合成工藝產(chǎn)生的CNO具有非常高的結(jié)晶度。這在使用生物質(zhì)廢料作為起始材料的工藝中是非常難以實(shí)現(xiàn)的。此外，在合成過(guò)程中，CNO的表面被選擇性地、徹底地官能化了（-COOH）和（-OH）基。這與用傳統(tǒng)方法制備的CNO的表面形成鮮明對(duì)比，后者通常是裸露的，必須通過(guò)額外的步驟進(jìn)行功能化。
這種"自動(dòng)"功能化對(duì)CNO的應(yīng)用具有重要意義。當(dāng)CNO表面沒(méi)有被功能化時(shí)，由于一種被稱為pi-pi堆積的吸引作用，納米結(jié)構(gòu)往往會(huì)粘在一起。這使得它們難以分散在溶劑中，而這對(duì)于需要基于溶液的過(guò)程的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是必要的。然而，由于所提出的合成工藝產(chǎn)生了功能化的CNO，它允許在各種溶劑中具有良好的分散性。
然而，與功能化和高結(jié)晶度相關(guān)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是特殊的光學(xué)特性。白井博士解釋說(shuō)。"CNO表現(xiàn)出超亮的可見(jiàn)光發(fā)射，效率（或量子產(chǎn)率）達(dá)到40%。這個(gè)數(shù)值以前從未實(shí)現(xiàn)過(guò)，比以前報(bào)道的通過(guò)傳統(tǒng)方法合成的CNO高出約10倍。"
為了展示他們的CNO的一些實(shí)際應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)展示了它們?cè)贚ED和藍(lán)光發(fā)射薄膜中的應(yīng)用。這些CNO產(chǎn)生了高度穩(wěn)定的發(fā)射，無(wú)論是在固體設(shè)備內(nèi)部還是分散在各種溶劑中，包括水、乙醇和異丙醇。
"穩(wěn)定的光學(xué)特性可以使我們制造出大面積的發(fā)光柔性薄膜和LED設(shè)備，"白井博士推測(cè)。"這些發(fā)現(xiàn)將為下一代顯示器和固態(tài)照明的發(fā)展開(kāi)辟新的途徑"。
此外，這種合成技術(shù)是環(huán)保的，并提供了一種直接的方法，將魚類廢物轉(zhuǎn)化為無(wú)限有用的材料。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的工作將有助于實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)的幾個(gè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。此外，如果CNO能夠進(jìn)入下一代LED照明和QLED顯示器，它們將大大有助于降低其制造成本。
讓我們希望這些科學(xué)家的努力能使天平傾向于CNO的更多實(shí)際應(yīng)用。
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