碳纳米洋葱(CNOs)是一种具有优异导电性和导热性的碳纳米结构，在生物医学、生物成像、能量转换和电子等领域有着广泛的应用。然而，传统的生产方法具有高复杂性、毒性和能源消耗。幸运的是，科学家们现在已经找到了一种方便而环保的方法，利用鱼尾鳞片和微波脉冲合成高质量的CNOs。这种新颖的方法可以为在下一代技术中采用CNOs打开大门。
由于碳基纳米材料具有低毒性、化学稳定性以及优异的电学和光学性能，因此在电子、能量转换和存储、催化以及生物医学等领域得到了越来越多的应用。碳纳米洋葱(CNOs)当然也不例外。在1980年首次报道，CNOs是由同心富勒烯壳组成的纳米结构，类似笼中笼。它们具有多种吸引人的特性，如高表面积和大电导率和导热率。
不幸的是，传统的生成CNOs的方法有一些严重的缺陷。有些需要苛刻的合成条件，如高温或真空，而另一些则需要大量的时间和精力。有些技术可以绕过这些限制，但需要复杂的催化剂、昂贵的碳源或危险的酸性或碱性条件。这极大地限制了CNOs的潜力。
幸运的是，并不是所有的希望都破灭了。最近发表在绿色化学(2022年4月25日在线发布，并于2022年5月21日发表在第10期)，来自日本名古屋理工大学的一组科学家发现了一种简单方便的方法，将鱼类废物转化为极高质量的CNOs。该团队包括助理教授辛云子、硕士生大立凯(Kai Odachi)和副教授白井隆(Takashi Shirai)，他们开发了一种合成路线，通过微波热解，在短短几秒钟内将从清洁后的鱼废物中提取的鱼鳞转化为CNOs。
但是鱼鳞是如何如此容易地转化为CNOs的呢?虽然确切的原因还不完全清楚，但研究小组认为这与鱼鳞中含有的胶原蛋白有关，鱼鳞可以吸收足够的微波辐射，使温度快速上升。这导致了热分解或“热解”，从而产生支持CNOs组装的某些气体。这种方法的非凡之处在于，它不需要复杂的催化剂，不需要苛刻的条件，也不需要漫长的等待时间;鱼鳞可以在不到10秒的时间内变成CNOs !
此外，该合成过程产生了结晶度非常高的CNOs。这在使用生物质废物作为起始材料的过程中是非常难以实现的。此外，在合成过程中，CNOs的表面选择性地完全功能化(- COOH)和(- OH)基团。这与用传统方法制备的CNOs表面形成鲜明对比，后者通常是裸露的，必须通过额外的步骤进行功能化。
这种“自动”功能化对CNOs的应用具有重要意义。当CNO表面没有功能化时，纳米结构倾向于由于被称为π−π堆叠的吸引相互作用而粘在一起。这使得它们难以分散在溶剂中，这在任何需要基于溶液的工艺的应用中都是必要的。然而，由于所提出的合成过程产生功能化的CNOs，它允许在各种溶剂中具有良好的分散性。
与功能化和高结晶度相关的另一个优点是具有特殊的光学性质。Shirai博士解释道:CNOs表现出超亮可见光发射，效率(或量子产率)为40%。这一数值是以前从未达到过的，比之前报道的通过常规方法合成的CNOs高出约10倍。”
为了展示他们的CNOs的一些实际应用，该团队演示了它们在led和蓝光发射薄膜中的应用。CNOs产生了高度稳定的发射，无论是在固体装置内，还是分散在各种溶剂中，包括水、乙醇和异丙醇。”这种稳定的光学性能为我们制作大面积发射柔性薄膜和LED器件提供了条件白井博士推测道。”这些发现将为下一代显示器和固态照明的发展开辟新的途径。”
此外，所提出的合成技术是环保的，并提供了一种直接的方法，将鱼类废物转化为无限有用的材料。该团队相信，他们的工作将有助于实现联合国的几个可持续发展目标。此外，如果CNOs进入下一代LED照明和QLED显示屏领域，它们可以极大地帮助降低制造成本。
让我们希望这些科学家的努力能够在更多的实际应用中有利于CNOs !
参考
原论文标题:通过一步微波热解鱼鳞废物在几秒内制备超亮碳纳米洋葱
日报:绿色化学
关于日本名古屋工业大学
名古屋工业学院(NITech)是一所著名的工程学院，位于日本名古屋。该大学成立于1949年，旨在通过提供全球教育和开展科学技术各个领域的前沿研究来创造一个更美好的社会。为此，NITech为学生、教师和院士提供了一个培育环境，帮助他们将科学技能转化为实际应用。NITech最近建立了新的部门和“创意工程计划”，这是一个为期6年的本科和研究生综合课程，NITech努力不断发展成为一所大学。以“以骄傲和真诚开展教育和研究，为社会做贡献”为使命，积极开展从基础科学到应用科学的广泛研究。
关于日本名古屋工业大学副教授白井隆
Takashi Shirai博士是日本名古屋工业大学(NITech)生命科学与应用化学系和先进陶瓷研究实验室的副教授。主要研究领域为功能材料合成、表面化学和陶瓷工程。他的专长是纳米结构、无机和复合材料的表面和界面工程以及表征。他在著名期刊、书籍章节和会议论文集上发表了180多篇科学论文，并获得了50项专利。他获得了日本陶瓷学会、粉末技术学会和粉末加工工业与工程协会等11项奖项。
