Aangezien de wereldwijde vraag naar elektronische apparaten blijft groeien, dat geldt ook voor de druk op de eindige hulpbronnen die bij hun productie worden gebruikt, zoals metalen en fossiele brandstoffen. In een poging om hernieuwbare alternatieven te bieden, onderzoekers van de universiteit van Osaka hebben een nanokoolstofmateriaal ontwikkeld voor elektronicatoepassingen gemaakt van chitine dat is afgeleid van krabschalen. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Journal of Materials Chemistry C .

Nanokoolstofmaterialen zijn veelbelovend voor gebruik in elektronische apparaten. Vooral, die met poreuze driedimensionale (3D) structuren bieden efficiënte netwerken voor het transport van lading, evenals elektrolyten en reactanten. De stroming door deze netwerken kan verder worden verbeterd door het toevoegen van onvolkomenheden - ook wel defecten genoemd - in de vorm van verschillende atomen, zoals stikstof.

Pogingen om zowel synthetische polymeren als biomassa te gebruiken om 3D poreuze nanokoolstof met defecten te bereiden, hebben geleid tot effectieve waarneming, energie opslag, en elektrokatalyse materialen. Echter, veel hiervan zijn gemaakt van niet-hernieuwbare bronnen of vereisen meerdere stappen om het netwerk voor te bereiden en de defecten te introduceren.

De onderzoekers hebben daarom 3D-poreuze defecte nanokoolstofmaterialen ontwikkeld door de eenvoudige pyrolyse - of thermische ontleding - van chitine-nanovezelpapier. Chitine is een biopolymeer dat het belangrijkste bestanddeel is van de schaal van schaaldieren. Omdat de structuur van chitine stikstofatomen bevat, het fungeert als zijn eigen bron van defecten en er zijn geen dopingstappen vereist.

"We waren in staat om verschillende eigenschappen van de uiteindelijke nanokoolstofmaterialen te beheersen door het chitine-nanovezelpapier bij verschillende temperaturen te pyrolyseren, " zegt studie eerste auteur Luting Zhu. "De poriestructuur, specifiek oppervlak, en elektrische weerstand varieerde allemaal met de pyrolysetemperatuur, ons een handig middel bieden om het materiaal voor specifieke toepassingen af ​​te stemmen."

De gepyrolyseerde chitine-nanovezelpapieren werden met succes gebruikt als fotosensoren en vertoonden een lagere weerstand bij blootstelling aan licht. Ze bleken ook effectieve supercondensatorelektroden te zijn (elektrische componenten die elektrische lading in een elektrisch veld kunnen opslaan), met een hogere specifieke capaciteit dan veel andere tot nu toe gerapporteerde nanokoolstofmaterialen, die hun potentieel voor gebruik in energieopslag aangeven.

"Om laboratoriumbevindingen te vertalen naar producten die een significante impact hebben in de echte wereld, is het belangrijk om processen te stroomlijnen, daarom zijn we enthousiast over onze eenvoudige pyrolysebehandeling, " studie corresponderende auteur Hirotaka Koga legt uit. "Bovendien, ons succesvolle gebruik van een hernieuwbare hulpbron die over het algemeen als een afvalproduct wordt beschouwd, toont de levensvatbaarheid van duurzame elektronica aan."