Углеродные наноматериалы из биомассы для применения в сенсорах

В последние годы всё больше внимания уделяется использованию специально отобранных отходов биомассы как устойчивого, дешёвого и доступного источника топлива и материалов. Применение различных надёжных видов отходов биомассы открывает огромные возможности для максимального увеличения производства энергии за счёт использования возобновляемого, доступного и высокоэффективного сырья. Из возобновляемого углеродсодержащего сырья, такого как биомасса, получают биоэнергию, производят экологически безопасные химические вещества и изготавливают углеродные материалы. Кроме того, биомасса может служить источником современных углеродных материалов. Углеродные материалы, полученные из биомассы, могут использоваться в качестве носителей катализаторов в топливных элементах с полимерным электролитом. Для изготовления электрохимических сенсоров особенно перспективны пористые углеродистые материалы из биомассы благодаря таким свойствам, как возобновляемость, доступность, своеобразная структура и устойчивость. Морфология поверхности сенсора, особенно объём пор, площадь поверхности и размер пор, влияет как на его электрохимическую, так и на каталитическую активность. Для повышения эффективности сенсоров можно использовать, в частности, активацию, легирование и диспергирование наночастиц металлов. В настоящем обзоре рассмотрены некоторые ключевые и основополагающие достижения в области углеродистых соединений из биомассы, предназначенных для обнаружения различных целевых аналитов, включая биомолекулы, ионы металлов, загрязнители, пищевые добавки и флавоноиды. Материалы и композиты на основе углерода, полученного из биомассы, подробно исследованы, оценены и сопоставлены. Обсуждаются связанные с этим технологические трудности и предлагаются перспективные направления дальнейших исследований для практического применения. Углеродные наноматериалы обладают рядом совокупных преимуществ, включая хорошую электропроводность, структурную и химическую вариабельность, низкую потребность в химической функционализации и потенциал для крупномасштабного производства, что делает их перспективными кандидатами для различных электрохимических процессов. В ближайшие годы производство биоуглерода из отходов биомассы, вероятно, будет привлекать всё больше внимания со стороны научного и промышленного сообщества благодаря его применению в электрохимических устройствах и перезаряжаемых батареях. Особое внимание уделено разнообразию доступных исходных материалов из отходов биомассы, а также последним достижениям в производстве биоуглерода. Углеродистые наночастицы, полученные из биомассы, продемонстрировали перспективность применения в топливных элементах, биоизображении, доставке лекарственных средств, связывании углерода, катализе и газовых сенсорах. Кроме того, в статье рассмотрены новые и инновационные возможности использования этих наноматериалов для преобразования и накопления энергии. В заключение описаны сохраняющиеся трудности, перспективы и потенциальные направления дальнейших исследований в данной области.