日本東北大學發表與北海道大學、宮城大學、東北大學衍生新創公司AZUL Energy共同利用海洋、畜產業的廢棄物，首次合成出含有各種異質元素之「奈米血炭」，且確認合成的「奈米血炭」具有與白金碳觸媒等使用稀有金屬之電極觸媒相匹敵的性能。
日本在過去會將動物血液灑在木炭上燒製成「血炭」，利用碳的吸附功能，以及燒製時複合化而成的血質鐵等血液由來異質元素成分所帶來的觸媒作用，將其應用於脫色用途。
海鞘除了可食用部分之外，大量的海鞘殼成為產業廢棄物，相關處理亦成為待解決的課題。而海鞘是唯一產生纖維素的動物，其中許多以纖維素奈米纖維(CNF)的形式蓄積在殼中。海鞘殼在經過碳化後，提取出的CNF將可成為具有良好導電性的碳素。此外，以畜產業產出之廢棄血液製成的乾燥血粉含有大量來源於血質鐵的氮、磷、鐵等營養物質，因此被利用於肥料用途。
而導入了異質元素的碳材料(異質元素摻雜碳)被期待做為電極觸媒，以取代鋰空氣電池等金屬空氣蓄電池中的白金、氧化銥等稀有金屬。基於這些材料背景，研究團隊即利用海鞘殼來源的 CNF 和乾燥血粉，將其混合、燒製，CNF由來的奈米碳構造與血粉由來的氮、磷、FeN4等異質元素相互摻雜，進而首度合成出在氧還原反應(ORR)與析氧反應(OER)中均具有高度活性的兩性電極觸媒「奈米血炭」。
研究團隊也利用X射線光電子能譜 (XPS) 等技術確認了合成奈米血炭的結構。過去並未有使用此類手法的相關報告，此次開發的奈米血炭合成手法將可望成為一項結合生物質材料特性，進而合成出高機能性碳材料的新方法。
由於碳的導電性與異質元素的觸媒活性，此次合成的奈米血炭電極觸媒具有接近稀有金屬電極觸媒的ORR/OER催化活性，相較於可替代兩性觸媒的摻氮石墨烯(ΔE～1,000 mV)亦具有足夠的高活性，將可望利用做為次世代兩性電極觸媒。此項研究活用了對日本三陸地區造成環境問題的產業廢棄物，且透過合成高性能觸媒材料，可望有助於促進能源循環社會形成之次世代能源裝置的開發，從而對永續發展目標(SDGs)有所貢獻。
資料來源：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press20220119_01web_resource.pdf