Graças à sua baixa toxicidade, estabilidade química e propriedades elétricas e ópticas notáveis, os nanomateriais à base de carbono estão encontrando cada vez mais aplicações em eletrônica, conversão e armazenamento de energia, catálise e biomedicina. As nano-cebolas de carbono (CNOs) certamente não são exceção. Relatados pela primeira vez em 1980, os CNOs são nanoestruturas compostas por conchas concêntricas de fulerenos, assemelhando-se a gaiolas dentro de gaiolas. Eles oferecem várias qualidades atraentes, como uma alta área de superfície e grandes condutividades elétricas e térmicas.
Infelizmente, os métodos convencionais para a produção de CNOs têm algumas desvantagens sérias. Alguns exigem condições de síntese severas, como altas temperaturas ou vácuo, enquanto outros exigem muito tempo e energia. Algumas técnicas podem contornar essas limitações, mas exigem catalisadores complexos, fontes de carbono caras ou condições ácidas ou básicas perigosas. Isso limita muito o potencial dos CNOs.

Felizmente, nem toda a esperança está perdida. Em um estudo recente publicado em Green Chemistry , uma equipe de cientistas do Instituto de Tecnologia de Nagoya, no Japão, encontrou uma maneira simples e conveniente de transformar resíduos de peixe em CNOs de altíssima qualidade. A equipe, que incluiu o professor assistente Yunzi Xin, o aluno de mestrado Kai Odachi e o professor associado Takashi Shirai, desenvolveu uma rota de síntese na qual escamas de peixes extraídas de resíduos de peixes após a limpeza são convertidas em CNOs em meros segundos por meio de pirólise de micro-ondas.

Mas como as escamas de peixe podem ser convertidas em CNOs tão facilmente? Embora a razão exata não seja totalmente clara, a equipe acredita que tem a ver com o colágeno contido nas escamas de peixe, que pode absorver radiação de micro-ondas suficiente para produzir um rápido aumento de temperatura. Isso leva à decomposição térmica ou "pirólise", que produz certos gases que suportam a montagem de CNOs. O que é notável nessa abordagem é que ela não precisa de catalisadores complexos, nem condições adversas, nem tempos de espera prolongados; as escamas de peixe podem ser convertidas em CNOs em menos de 10 segundos!

Além disso, este processo de síntese produz CNOs com cristalinidade muito alta. Isso é notavelmente difícil de alcançar em processos que usam resíduos de biomassa como material de partida. Além disso, durante a síntese, a superfície dos CNOs é seletivamente e completamente funcionalizada com grupos (−COOH) e (−OH). Isso contrasta fortemente com a superfície dos CNOs preparados com métodos convencionais, que normalmente é nua e precisa ser funcionalizada por meio de etapas adicionais.

Esta funcionalização "automática" tem implicações importantes para as aplicações dos CNOs. Quando a superfície do CNO não é funcionalizada, as nanoestruturas tendem a se unir devido a uma interação atrativa conhecida como empilhamento pi-pi. Isso torna difícil dispersá-los em solventes, o que é necessário em qualquer aplicação que exija processos baseados em solução. No entanto, como o processo de síntese proposto produz CNOs funcionalizados, permite uma excelente dispersibilidade em vários solventes.

Ainda outra vantagem associada à funcionalização e à alta cristalinidade é a de propriedades ópticas excepcionais. Dr. Shirai explica que "os CNOs exibem emissão de luz visível ultrabrilhante com uma eficiência (ou rendimento quântico) de 40%. Esse valor, que nunca foi alcançado antes, é cerca de 10 vezes maior do que o de CNOs sintetizados anteriormente relatados através de métodos convencionais."

Para mostrar algumas das muitas aplicações práticas de seus CNOs, a equipe demonstrou seu uso em LEDs e filmes finos emissores de luz azul. Os CNOs produziram uma emissão altamente estável, tanto dentro de dispositivos sólidos quanto quando dispersos em vários solventes, incluindo água, etanol e isopropanol. "As propriedades ópticas estáveis ​​podem nos permitir fabricar filmes flexíveis emissivos de grande área e dispositivos de LED", especula o Dr. Shirai. "Essas descobertas abrirão novos caminhos para o desenvolvimento de telas de próxima geração e iluminação de estado sólido".

Além disso, a técnica de síntese proposta é ecologicamente correta e fornece uma maneira direta de converter resíduos de peixe em materiais infinitamente mais úteis. A equipe acredita que seu trabalho contribuiria para o cumprimento de vários Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU. Além disso, se os CNOs chegarem à iluminação LED de última geração e aos displays QLED, eles poderão ajudar muito a reduzir seus custos de fabricação. + Explorar mais

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