由於碳基納米材料的低毒性、化學穩定性和非凡的電和光學特性，它們正被越來越多地用於電子、能源轉換和存儲、催化和生物醫學。CNO，即碳納米離子，也絕不是一個例外。1980年首次描述的CNO是由富勒烯的同心殼組成的納米結構，類似於籠中籠。它們有幾個理想的品質，包括大表面積和高導電性和導熱性。

不幸的是，使用傳統方法生產CNO也有很大的缺點。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間和精力。雖然某些方法可能超越了這些限制，但它們仍然需要復雜的催化劑，昂貴的碳源，或潛在的危險的酸性或鹼性條件。這嚴重地限制了CNO的潛力。

科學家們已經開發出一種簡單、快速和節能的合成方法，從魚鱗中生產特殊的碳納米離子。資料來源：日本NITech的Takashi Shirai。

幸運的是，仍然有希望。來自日本名古屋工業大學的一組研究人員最近發現了一種簡單易行的方法，可以將魚的廢料轉化為極高質量的CNO。他們的發現最近發表在《綠色化學》雜誌上。該小組包括副教授Takashi Shirai、碩士生Kai Odachi和助理教授Yunzi Xin，他們創造了一種合成方法，即通過微波熱解將清洗後從魚廢物中提取的魚鱗迅速轉化為CNO。

(左圖）描述通過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秒內因吸收微波而導致的溫度上升，以及建議的碳納米離子的形成機制。(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，以及CNO在乙醇中的分散體、發光柔性薄膜和含有CNO的LED的照片。資料來源：日本NITech公司的Takashi Shirai

但是，魚鱗如何能夠如此容易地轉化為CNO？雖然確切的原因並不完全清楚，但研究小組認為，這與魚鱗中含有的膠原蛋白有關，它可以吸收足夠的微波輻射，產生快速的溫度上升。這導致了熱分解或”熱解”，從而產生某些支持CNO組裝的氣體。這種方法的非凡之處在於，它不需要復雜的催化劑、苛刻的條件或漫長的等待時間；魚鱗可以在不到10秒的時間內轉化為CNO。

此外，這種合成工藝產生的CNO具有非常高的結晶度。這在使用生物質廢料作為起始材料的工藝中是非常難以實現的。此外，在合成過程中，CNO的表面被選擇性地、徹底地官能化了（-COOH）和（-OH）基。這與用傳統方法製備的CNO的表面形成鮮明對比，後者通常是裸露的，必須通過額外的步驟進行功能化。

這種”自動”功能化對CNO的應用具有重要意義。當CNO表面沒有被功能化時，由於一種被稱為pi-pi堆積的吸引作用，納米結構往往會粘在一起。這使得它們難以分散在溶劑中，而這對於需要基於溶液的過程的應用來說是必要的。然而，由於所提出的合成工藝產生了功能化的CNO，它允許在各種溶劑中具有良好的分散性。

然而，與功能化和高結晶度相關的另一個優勢是特殊的光學特性。白井博士解釋說。”CNO表現出超亮的可見光發射，效率（或量子產率）達到40%。這個數值以前從未實現過，比以前報導的通過傳統方法合成的CNO高出約10倍。”

為了展示他們的CNO的一些實際應用，該團隊展示了它們在LED和藍光發射薄膜中的應用。這些CNO產生了高度穩定的發射，無論是在固體設備內部還是分散在各種溶劑中，包括水、乙醇和異丙醇。

“穩定的光學特性可以使我們製造出大面積的發光柔性薄膜和LED設備，”白井博士推測。”這些發現將為下一代顯示器和固態照明的發展開闢新的途徑”。

此外，這種合成技術是環保的，並提供了一種直接的方法，將魚類廢物轉化為無限有用的材料。該團隊認為他們的工作將有助於實現聯合國的幾個可持續發展目標。此外，如果CNO能夠進入下一代LED照明和QLED顯示器，它們將大大有助於降低其製造成本。

讓我們希望這些科學家的努力能使天平傾向於CNO的更多實際應用。