大力水手誠不欺我！科學家將菠菜作為電池催化劑，效率更高更便宜

2020-10-22 中國數字科技館

對於高效燃料電池而言，催化劑(用於發生電化學反應產生電流)極其重要，好的催化劑可以使化學反應更快更高效，從而增加能量輸出。當今的燃料電池通常使用鉑基催化劑(platinum catalyst，以金屬鉑為主要活性物質)。

近日，美國研究人員最近在《ACS Omega》雜誌上發表了一項最新的研究成功，表明菠菜可以作為一種優秀的可再生的富碳催化劑。

當然，這並不是研究人員首次意識到菠菜的能源用處。此前，中國研究人員在2014年的一篇論文中記錄了從菠菜中收集活性炭作為電容器電極的實驗。2019年12月，另一組中國科學家研究了用菠菜製成納米複合材料作為光催化劑的潛力。

菠菜資源豐富，價格便宜，易於種植，富含鐵和氮，對菠菜的研究由來已久。40多年前科學家就有了利用其光合作用和電化學特性的想法，

美國物理學家埃利亞斯·格林鮑姆(Elias Greenbaum)研究過菠菜葉片中基於蛋白質的「反應中心」，這是光合作用的基本機制，即植物將二氧化碳轉化為氧氣和碳水化合物的化學過程。

這樣的反應中心有兩種類型。分別是光系統1 (PS1，將二氧化碳轉化為糖);光系統2 (PS2，分解水產生氧氣)。人們對PS1更有興趣，它就像一個微型光敏電池，從陽光中吸收能量，並以接近100%的效率發射電子。PS1能夠在幾分之一秒內產生光誘導的電流。

必須承認，PS1的能量很小，但是對於運行納米級別的分子機器還是夠用的。格林鮑姆的研究有望製造人工視網膜，例如，用光敏PS1替換受損的視網膜細胞，以恢復那些患有退行性眼病的人的視力。

2012年，範德比爾特大學的科學家將PS1與矽結合，使電流水平比將蛋白質中心沉積在金屬上時高近1000倍，同時電壓略有增加。這項研究的目標是最終建立「生物混合」太陽能電池，在電壓和電流水平上與標準矽太陽能電池競爭。

在這項最新的研究中，研究人員使用攪拌機打碎菠菜葉，冷凍研磨成粉後加入鹽(這些鹽是在最終納米片中產生孔的關鍵)和少量三聚氰胺來提高氮含量。最後，在900攝氏度的溫度下進行幾輪熱解(熱分解過程)，產生了富含碳的納米片。

實驗結果表明，這種由菠菜製成的催化劑比鉑基催化劑更有效。研究人員表示，「這項工作表明，可持續的催化劑可以從自然資源中製造氧還原反應，我們測試的方法可以從菠菜中生產高活性的碳基催化劑，菠菜是一種可再生的生物質。事實上，我們相信它在活性和穩定性方面都優於商業鉑催化劑。」

當然，在理想的實驗室環境中表現優異的材料不一定能在實際運用中產生同樣的效果。

研究人員下一步計劃建立完整的原型，在實際的氫燃料電池中使用菠菜基催化劑。

本文來自： 前瞻網

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