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大力水手诚不欺我!科学家将菠菜作为电池催化剂,效率更高更便宜

2020-10-23 11:58 前瞻网   

 

大力水手诚不欺我!科学家将菠菜作为电池催化剂,效率更高更便宜

对于高效燃料电池而言,催化剂(用于发生电化学反应产生电流)极其重要,好的催化剂可以使化学反应更快更高效,从而增加能量输出。当今的燃料电池通常使用铂基催化剂(platinum catalyst,以金属铂为主要活性物质)。

近日,美国研究人员最近在《ACS Omega》杂志上发表了一项最新的研究成功,表明菠菜可以作为一种优秀的可再生的富碳催化剂。

当然,这并不是研究人员首次意识到菠菜的能源用处。此前,中国研究人员在2014年的一篇论文中记录了从菠菜中收集活性炭作为电容器电极的实验。2019年12月,另一组中国科学家研究了用菠菜制成纳米复合材料作为光催化剂的潜力。

菠菜资源丰富,价格便宜,易于种植,富含铁和氮,对菠菜的研究由来已久。40多年前科学家就有了利用其光合作用和电化学特性的想法,

美国物理学家埃利亚斯·格林鲍姆(Elias Greenbaum)研究过菠菜叶片中基于蛋白质的“反应中心”,这是光合作用的基本机制,即植物将二氧化碳转化为氧气和碳水化合物的化学过程。

这样的反应中心有两种类型。分别是光系统1 (PS1,将二氧化碳转化为糖);光系统2 (PS2,分解水产生氧气)。人们对PS1更有兴趣,它就像一个微型光敏电池,从阳光中吸收能量,并以接近100%的效率发射电子。PS1能够在几分之一秒内产生光诱导的电流。

必须承认,PS1的能量很小,但是对于运行纳米级别的分子机器还是够用的。格林鲍姆的研究有望制造人工视网膜,例如,用光敏PS1替换受损的视网膜细胞,以恢复那些患有退行性眼病的人的视力。

2012年,范德比尔特大学的科学家将PS1与硅结合,使电流水平比将蛋白质中心沉积在金属上时高近1000倍,同时电压略有增加。这项研究的目标是最终建立“生物混合”太阳能电池,在电压和电流水平上与标准硅太阳能电池竞争。

在这项最新的研究中,研究人员使用搅拌机打碎菠菜叶,冷冻研磨成粉后加入盐(这些盐是在最终纳米片中产生孔的关键)和少量三聚氰胺来提高氮含量。最后,在900摄氏度的温度下进行几轮热解(热分解过程),产生了富含碳的纳米片。

实验结果表明,这种由菠菜制成的催化剂比铂基催化剂更有效。研究人员表示,“这项工作表明,可持续的催化剂可以从自然资源中制造氧还原反应,我们测试的方法可以从菠菜中生产高活性的碳基催化剂,菠菜是一种可再生的生物质。事实上,我们相信它在活性和稳定性方面都优于商业铂催化剂。”

当然,在理想的实验室环境中表现优异的材料不一定能在实际运用中产生同样的效果。

研究人员下一步计划建立完整的原型,在实际的氢燃料电池中使用菠菜基催化剂。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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