纳米材料具有优越的性能，在过去的几十里已经应用于诸多领域，包括医药、能源和先进的制造业等。但是，许多目前纳米材料的制备依赖于不可再生资源，同时也产生了废物。绿色纳米技术秉承纳米技术和绿色化学相结合的原则，从而是21世纪构建可持续发展社会的关键。绿色化学是一种理念，或者说是一门化学哲学，它提倡在产品的制备和设计的过程中，减少或消除有害物质的使用和生成。目前的绿色纳米技术一般使用自然资源、无毒害溶剂，利用节能的过程来制备纳米材料。

利用自然可再生资源来减少试剂的使用

大自然为人类提供了大量的化学物质，利用它们在制备纳米颗粒的过程中就可以达到降低试剂的目的。这些物质包括植物提取物、生物聚合物、维生素、蛋白质、肽(如谷胱甘肽)和糖(如葡萄糖、果糖)等。植物提取物是合成纳米颗粒中研究最多的一类。由于来源丰富，植物提取物被认为是最有前途的自然的还原剂。例如，在金属纳米粒子的合成中，使用食物植物提取物作为还原剂，可以用于电子和医疗领域。在生物医学领域，如药物和基因传递过程中，使用金银纳米颗粒成为如今非常热门的研究领域。为了改善产品的生物相容性和无毒性，减少试剂、植物、藻类、细菌和真菌的使用，Elia等人在合成金纳米粒子的过程中使用了四个不同类型的植物提取物——鼠尾草，柠檬马鞭草，天竺葵和石榴——作为还原剂和稳定剂。

生物聚合物是另一种天然的合成金属纳米粒子的降低剂和稳定剂。这种高分子碳水化合物已经广泛应用于各种行业，因此易于大规模生产纳米颗粒。文献中分别利植物、甲壳类动物骨骼和甘蔗制备合成纤维素、壳聚糖、葡聚糖等生物聚合物纳米粒子。

维生素C是一种众所周知的自然还原剂或抗氧化剂。类似于其他自然还原剂，维生素C可以降低水溶液中的金属离子，从而制备金属纳米颗粒。有趣的是，它还可以通过在水热条件下减少氢氧化铁胶体来合成Fe3O4纳米粒子。其他维生素如维生素B和E也可以用于合成金属纳米粒子。尽管维生素拥有广泛的商业应用前景，但其相对成本过高，影响了商业化应用。其他自然资源，如蛋白质和多肽，也面临商业化成本的挑战，不宜大规模生产纳米材料。

纳米碳材料的天然前驱体

绿色纳米技术研究领域的一个新兴的课题就是利用自然资源作为碳纳米材料的前驱体，由于其独特的性质，该材料拥有广泛的应用。例如，植物油是一种可行的利用喷雾热解法制备高质量碳纳米管的前驱体。使用不同的催化剂，还可以利用该方法制备单壁和多壁碳纳米管。另外，还可以利用糖和生物聚合物作为前驱体，通过微波制备碳量子点。由于天然资源的碳来源丰富，预计将其作为前驱体驱来制备碳纳米材料将在未来几年内迅速发展。

纤维素——一种绿色纳米材料

如前所述，绿色纳米技术中很重要的一部分就是绿色化学合成纳米材料技术。最近，人们一直十分重视使用天然纳米材料作为替代品来合成产品，如纳米纤维素材料就是用纳米纤维或者由细菌或植物制备的晶体来合成的。这种材料表现出特殊的强度特点、重量轻、透明且生物相容性良好。与其他纳米材料相比，纳米纤维素属于可再生能源，且成本较低，因此，纳米纤维素作为合成纳米颗粒在聚合物纳米复合材料和药物输送等领域具有广阔的前景。纳米纤维素凝胶也可以作为模板材料来制备金属氧化物纳米管。人们对绿色纳米材料的兴趣正在不断增加，该领域会有越来越多的相关出版物，也会有政府和私营企业推动其商业化应用。

绿色处理技术

除了使用自然材料来合成纳米材料，绿色纳米技术发展的另一部分是纳米的可持续发展的合成过程。在这方面，有文献研究了利用超临界二氧化碳和水作为有机溶剂的替代品。尤其受到关注的是各种替代传统加热方法的技术。最受欢迎的绿色技术是所谓的“水热法”，利用水作为反应介质来合成纳米材料。另外，Abdelaziz和他的同事利用Leidenfrost效应创建了一种过热和带电的绿色化学反应器，以在复杂产品上制备纳米粒子和涂料。

微波能量和聚焦太阳光也一直是合成纳米粒子的热源替代品。尽管这些方法目前仅仅处于实验室水平，其商业化应用拥还面临着巨大的挑战。例如，微波加热虽然反应时间短，但是作用范围具有局限性；聚焦的太阳光受到光强不均匀和需要透镜的挑战。最近，流体化学开发了改善成本收益的绿色化学技术。

正面临的挑战

到目前为止，大部分绿色纳米技术仅仅处于实验室水平。主动对现有的技术的可行性进行必要的评估，才可以逐渐实现其商业化应用。由于不清楚纳米材料的毒性，资金不足和监管不善是多数绿色纳米技术发展的最大障碍。绿色纳米技术需要全新的技术来优化其生产成本。解决这一问题的关键是开发足够的潜在节约成本以保证产品的前期生产成本。例如，迄今为止Pfizer 在绿色合成舍曲林的流程中已经节约了数百万美元。这种绿色化学技术带来的收入增加足以抵消其产品成本，包括资本投资和所有在美国食品和药物管理局投入的成本。在过去的几十年里，政府颁布的环境法规对化工企业产生了重大的影响。这些法规主要关注降低健康和环境风险。因此，许多公司必须在规定流程和终端技术中利用资源，而不是在绿色过程的本质上进行投资，以确保安全的产品生产工艺。事实上，化工制造业确实比任何其他工业部门都需要污染治理。显然，监管注重的是风险控制，而不是预防风险，这就形成了严重的监管短板。为了解决这一问题，需要把学术研究人员和私营企业相结合，将绿色技术从实验室转移到生产过程中。确实，政府已经通过提供财政支持促进绿色纳米技术的商业化合作。政府的指导方针和有关规定可以有效地推动绿色纳米技术的开发和商业化应用。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼   校正：摩天轮