随着全球对电子设备的需求持续增长,用于其生产中的有限资源(例如金属和化石燃料)的压力也在增加。为了提供可再生的替代品,大阪大学的研究人员开发了一种纳米碳材料,由螃蟹壳衍生的几丁质制成的电子应用。


他们的发现发表在《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry C)上(“Pyrolyzed chitin nanofiber paper as a three-dimensional porous and defective nanocarbon for photosensing and energy storage”)。

螃蟹壳衍生的纳米碳材料来了 可用于实现可持续的电子产品

螃蟹壳衍生的纳米碳材料,用于光敏化和能量存储,以实现可持续的电子产品。图片:大阪大学)


纳米碳材料显示出在电子设备中使用的巨大前景。特别是,具有多孔三维(3D)结构的材料为电荷以及电解质和反应物的传输提供了有效的网络。通过添加不同原子(例如氮)形式的缺陷(称为缺陷),可以进一步改善通过这些网络的流动。


同时使用合成聚合物和生物质来制备具有缺陷的3D多孔纳米碳的努力已导致有效的传感,能量存储和电催化材料。但是,其中许多是由不可再生资源制成的,或者需要多个步骤来准备网络并引入缺陷。

螃蟹壳衍生的纳米碳材料来了 可用于实现可持续的电子产品

因此,研究人员通过几丁质纳米纤维纸的简单热解或热分解,开发了3D多孔缺陷纳米碳材料。几丁质是一种生物聚合物,是甲壳类动物壳的主要成分。由于几丁质的结构包含氮原子,因此它是自身的缺陷源,不需要掺杂步骤。


研究第一作者朱婷婷说,我们能够通过在不同温度下热解几丁质纳米纤维纸来控制最终纳米碳材料的各种特性。孔结构、比表面积和电阻率均随热解温度而变化,这为我们提供了一种针对特定应用调节材料的有用手段。


热解几丁质纳米纤维纸已成功用作光电传感器,暴露于光下具有较低的电阻。它们还被证明是有效的超级电容器电极(可以在电场中存储电荷的电子组件),比迄今报道的许多其他纳米碳材料具有更高的比电容,表明它们有潜力用于储能。


研究通讯作者Hirotaka Koga解释说,为了将实验室的发现转化为对现实世界产生重大影响的产品,简化流程非常重要,这就是我们对简单的热解处理感到兴奋的原因。此外,我们成功地使用了通常被认为是废物的可再生资源,证明了可持续电子产品的可行性。


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