為菠菜加點鹽:一種清潔、高效的燃料電池催化劑誕生了

2020-11-02 學術頭條

眾所周知,菠菜是一種富含營養和延緩衰老的蔬菜。


但你可能不知道,菠菜還有另外一個用途——作為一種燃料電池催化劑。

圖 | 菠菜不只是為大力水手充能

在研製高效的燃料電池方面,關鍵在於催化劑,好的催化劑將催生更快、更有效的化學反應,從而增加能量傳輸。


如今的燃料電池通常依賴於鉑基催化劑,但來自美利堅大學(American University)的科學家們認為,根據他們在一項最新研究中得出的原理驗證實驗結果,菠菜可以成為一種極好的可再生的富碳催化劑。


他們為菠菜加了少許鹽,就將其變成了一種清潔、高效的燃料電池催化劑。


除了清潔、高效,菠菜還可以輕鬆收穫,並且「絕對比鉑便宜」。


那麼,他們是如何做到的?


首先,研究人員用一個普通的廚房攪拌機將洗乾淨的菠菜葉打成泥,將榨出的汁液冷凍乾燥,並用研缽和杵將其磨成細細的粉末。


然後,他們又向細粉中添加了一些鹽(氯化鈉,氯化鉀)和少量的三聚氰胺,目的是提高整體氮含量。「目前,(我們的方法)確實需要在原料中多添加一點氮,因為菠菜本身含的一些氮在製作過程中損失掉了。」一位研究人員說。他還表示,鹽是在最終納米片中產生孔隙、進而增加優化化學反應可用表面積的關鍵。「儘管我們稱它們為納米薄片,但當它們堆疊在一起時,它們並不像一堆紙那麼堅固,我們需要讓它具有足夠的多孔性,以便所有活性部位都可以使用。」


最終,研究人員在 900 攝氏度的高溫下進行幾輪熱解後,生產出了富含碳的納米片。

圖 | 製備菠菜碳納米片的程序示意圖

他們發現,基於菠菜研製的催化劑比鉑基催化劑的效率更高。這項工作表明,可以從自然資源中製造出可持續的催化劑,應用在氧還原反應過程中。同時,我們認為這種催化劑在活性和穩定性方面都優於商用鉑催化劑。


很明顯,這只是一次實驗室內的原理論證,距離實際商用還有很長的路要走。


對此,研究人員表示,他們接下來將建立一個完整的原型,在一種真正的氫燃料電池中驗證這種催化劑的實際效能,「我們需要與其他實驗室合作」。


據了解,菠菜還可以作為金屬空氣電池的催化劑,為電動汽車提供動力。


論文連結:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.0c02673
編輯:張宇微


參考資料:

https://spectrum.ieee.org/energywise/green-tech/fuel-cells/spinach-gives-fuel-cells-a-power-up
https://arstechnica.com/science/2020/10/popeye-would-approve-spinach-could-hold-key-to-renewable-fuel-cell-catalysts/
https://kedlist.com/fuel-cells-gets-a-power-up-with-spinach/
https://futurism.com/the-byte/fuel-cell-spinach

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