Circular Biobased Synthesis of Carbon Nano Dots for Agricultural Applications

Abstract

[EN] Direct consequence of the climate change crisis and global population increase, there is an imminent need of sustainable alternatives to reaching the food production required. Here, a circular biobased synthesis of carbon nanodots (CNDs) is presented. With as principal objectives the enhancing of the photosynthesis process in plants, and an alternative to the chemical pesticides, innovative ways of optimization were studied. Starting from orange peels waste biomass, an easy synthesis pathway was developed with two optimization steps. First, an N-doping process with caffeine was employed, which resulted in the integration of the N functional groups in the CNDs revealing an enhance fluorescence emission. Then, the addition of different essential oils in the process lead to the binding of the volatile organic compounds (VOCs) functional groups on the CNDs surface. The resulting CNDs present as principal features a bright blue fluorescence, a size around 7 to 8 nm with spherical shape and the integration of the desired functional groups on the surface. Finally, the insect repellency behavior of the CNDs systems against pea aphids was evaluated, resulting in encouraging results with weakly to moderate repellency effect.

[ES] Consecuencia directa de la crisis del cambio climático y del aumento de la población mundial, existe una necesidad inminente de alternativas sostenibles para alcanzar la producción de alimentos requerida. Aquí se presenta una síntesis circular biobasada de nanopuntos de carbono (CNDs). Con el objetivo principal de potenciar el proceso de fotosíntesis en las plantas, y como alternativa a los pesticidas químicos, se estudiaron formas innovadoras de optimización. Partiendo de biomasa residual de cáscaras de naranja, se desarrolló una vía de síntesis sencilla con dos pasos de optimización. En primer lugar, se empleó un proceso de dopaje de N con cafeína, que dio lugar a la integración de los grupos funcionales N en los CNDs revelando una emisión de fluorescencia mejorada. A continuación, la adición de diferentes aceites esenciales en el proceso condujo a la unión de los grupos funcionales de los compuestos orgánicos volátiles (COVs) en la superficie de los CNDs. Los CNDs resultantes presentan como características principales una fluorescencia azul brillante, un tamaño alrededor de 7 a 8 nm con forma esférica y la integración de los grupos funcionales deseados en la superficie. Finalmente, se evaluó el comportamiento repelente de insectos de los sistemas de CNDs frente a pulgones del guisante, obteniéndose resultados prometedores con un efecto repelente de débil a moderado.