《Biomass and Bioenergy》：Oxygen surface-functionalized carbon dots derived from waste cassava peel for UV shielding applications
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UV辐射可对人体皮肤造成伤害，防晒产品已成为必需品。本研究利用微波辅助合成法将 Cassava peel 废料转化为碳点，其在NMP中展现出对UVA和UVB的强吸收能力，0.5 mg/mL浓度下SPF达35+，屏蔽效率超97%。该技术实现农业废弃物资源化利用，为开发环保防晒材料提供新思路。
Jelby George | Manoj Balachandran
物理与电子系，Christ（被认定为大学），班加罗尔，560029，印度
摘要
波长在290纳米到400纳米之间的紫外线辐射能够到达地球表面，并可能对人类细胞，尤其是皮肤造成潜在伤害。过去被视为护肤用品的防晒产品，如今已成为不可或缺的医疗保健商品。对于可靠且环保的紫外线吸收剂的需求与日俱增，这些吸收剂可以替代合成材料。在这项研究中，我们报道了一种通过简单的微波辅助溶剂热法将废弃木薯皮转化为紫外线吸收碳点的方法。所合成的碳点分散在NMP中时，在UVA和UVB区域表现出强烈的吸收能力，可有效用于紫外线防护。体外实验表明，当浓度为0.2毫克/毫升时，该分散液能阻挡90%的紫外线；而在0.5毫克/毫升的浓度下，防晒指数（SPF）达到35+，相当于超过97%的防护效果。将木薯皮废弃物转化为紫外线吸收碳点不仅提高了这种农业废弃物的价值，而且如果符合兼容性标准，还将成为现有合成紫外线防护材料的合适替代品。
引言
太阳是维持地球上生命的能量来源，它发射出多种电磁波谱，其中紫外线、可见光和红外线能够到达地球大气层。波长低于290纳米的紫外线（UVC）被地球平流层的臭氧层有效过滤掉。然而，UVB射线（290纳米–320纳米）在平流层仅被部分阻挡，而UVA射线（320纳米–400纳米）几乎完全穿透，分别占到达地球表面的紫外线的约10%和90%[1]。UVB射线可以穿透到人体皮肤的表皮层，而UVA射线甚至可以深入到真皮层（图1）。这些射线会导致皮肤损伤，引发早衰、晒伤，严重情况下还会导致皮肤癌[2]。目前，防晒产品已变得必不可少，仅考虑护肤领域的全球市场预计到2030年将达到232亿美元[3]。除了化妆品外，防紫外线服装、眼镜、食品包装和涂料也是日益重要的日常防护用品。目前市场上大多数紫外线防护材料仅能阻挡UVB射线，使用户仍暴露在全部UVA射线下。此外，某些护肤产品的化学成分在长期使用后可能会引起皮肤刺激。
木薯，学名为Manihot esculenta，是一种广泛种植的灌木，其可食用根部原产于拉丁美洲的巴西。如今，这种作物在全球所有亚热带和热带地区都有种植。木薯块茎富含碳水化合物和必需矿物质，是热带地区仅次于大米和玉米的主要粮食作物之一。木薯皮是不可食用的外层，需要在加工前去除。作为生长在土壤中的根部的一部分，木薯皮主要由木质素、半纤维素和纤维素组成，这些都是含有丰富碳的有机物质。除了碳之外，木薯皮还含有多种功能性基团，如羟基氧化物、草酸盐、碳酸盐和硝酸盐。这种废弃的皮料在大型农场中积累，通常需要适当的处理方式。鉴于生物质衍生的碳点因其紫外线防护性能而受到广泛关注，我们认为将废弃木薯皮转化为实用纳米材料（如用于紫外线防护）将为可持续发展做出有意义的贡献。
在这项研究中，我们报道了一种简单的微波辅助溶剂热法，将农业废弃物木薯皮转化为具有强紫外线吸收能力的碳点。由于碳点的尺寸被控制在10纳米以内，它们的应用范围已经超出了实验室规模。这些零维材料的高可调性和优异性能使其成为紫外线防护应用的理想候选者。我们成功地将废弃木薯皮转化为碳点，在0.5毫克/毫升的浓度下，其防晒指数（SPF）超过30，可提供高达97%的防护效果。
我们并未声称开发出一种紫外线防护产品。我们的重点在于报告将废弃物木薯皮转化为具有紫外线防护性能的纳米材料的过程。作为一种生物衍生材料，这些碳点对UVA和UVB射线的有效防护为未来紫外线防护材料的发展提供了新的可能性。
材料与方法
材料：废弃木薯皮来自印度喀拉拉邦科塔亚姆地区的农户。乙二醇、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）及其他溶剂从SDFCL购买；废弃木薯皮同样来自印度喀拉拉邦。
前驱体的预处理：收集到的木薯皮用去离子水多次清洗并切成小块，然后使用家用微波炉进行干燥和部分碳化处理，直到样品转变
形态与结构
通过HR-TEM和XRD等分析技术阐明了合成碳点的形态和结构。透射电子显微镜（图2(a)）显示这些结构为近似球形，粒径范围在1.5纳米到5.5纳米之间，平均直径为3.5纳米。图2(b)进一步展示了这些结构的详细形态
结论与未来展望
通过简单的微波辅助溶剂热法，从木薯皮废弃物中合成了碳点。当这些碳点分散在NMP中时，在整个UVA和UVB光谱范围内表现出强烈的吸收能力。通过分析透射光谱，评估了不同浓度下的紫外线防护效果。结果表明，随着浓度的增加，防护能力也随之增强，在最低浓度0.20毫克/毫升时
作者贡献声明
Jelby George：撰写初稿、验证方法、开展研究、进行数据分析、概念化。
Manoj Balachandran：审阅和编辑、监督项目、协调资源、争取资金、进行概念化。
资金信息
MB感谢DST, India提供的重大研究资金DST-FIST (SR/FST/PS-I/2022/208 (C)。
利益冲突声明
作者们没有与文章内容相关的利益冲突需要声明。
本研究工作与作者们提交的一项印度专利申请（编号202341056450 A）密切相关。
致谢
作者感谢印度班加罗尔Christ（被认定为大学）的先进研发中心（CARD）提供的必要支持。
