Spinat:Kemiforsøg viser potentiale til at drive brændselsceller

"Spis din spinat, " er et almindeligt afhold fra mange menneskers barndom. Spinat, den hjertelige, grønne grøntsager fyldt med næringsstoffer, giver ikke kun energi til mennesker. Det har også potentiale til at hjælpe med at drive brændselsceller, ifølge et nyt papir fra forskere ved AU's Institut for Kemi. Spinat, når den er omdannet fra dens grønne, spiselig form til kulstof nanoplader, fungerer som en katalysator for en iltreduktionsreaktion i brændselsceller og metal-luft-batterier.

En iltreduktionsreaktion er en af ​​to reaktioner i brændselsceller og metal-luft-batterier og er normalt den langsommere reaktion, der begrænser disse enheders energiudgang. Forskere har længe vidst, at visse kulstofmaterialer kan katalysere reaktionen. Men disse kulstofbaserede katalysatorer yder ikke altid så godt eller bedre end de traditionelle platinbaserede katalysatorer. AU-forskerne ønskede at finde en billig og mindre giftig fremstillingsmetode til en effektiv katalysator ved at bruge let tilgængelige naturressourcer. De tacklede denne udfordring ved at bruge spinat.

"Dette arbejde tyder på, at bæredygtige katalysatorer kan laves til en iltreduktionsreaktion fra naturressourcer, " sagde prof. Shouzhong Zou, kemiprofessor ved AU og avisens hovedforfatter. "Den metode, vi testede, kan producere meget aktive, kulstofbaserede katalysatorer fra spinat, som er en vedvarende biomasse. Faktisk, vi mener, at den overgår kommercielle platinkatalysatorer i både aktivitet og stabilitet. Katalysatorerne er potentielt anvendelige i brintbrændselsceller og metal-luft-batterier." Zous tidligere post-doc-studerende Xiaojun Liu og Wenyue Li og bachelorstuderende Casey Culhane er avisens medforfattere.

Katalysatorer fremskynder en iltreduktionsreaktion for at producere tilstrækkelig strøm og skabe energi. Blandt de praktiske anvendelser for forskningen er brændselsceller og metal-luft-batterier, som driver elektriske køretøjer og typer militærudstyr. Forskere gør fremskridt i laboratoriet og i prototyper med katalysatorer, der stammer fra planter eller planteprodukter såsom kathalegræs eller ris. Zous arbejde er den første demonstration af spinat som materiale til fremstilling af iltreduktionsreaktionskatalysatorer. Spinat er en god kandidat til dette arbejde, fordi den overlever i lave temperaturer, er rigeligt og let at dyrke, og er rig på jern og nitrogen, der er afgørende for denne type katalysator.

Zou og hans elever skabte og testede katalysatorerne, som er spinat-afledte carbon nanoplader. Carbon nanoark er som et stykke papir med tykkelsen på en nanometerskala, tusind gange tyndere end et stykke menneskehår. For at oprette nanoark, forskerne satte spinaten gennem en flertrinsproces, der omfattede både lav- og højteknologiske metoder, inklusive vask, Juice og frysetørring af spinaten, manuelt male det til et fint pulver med en morter og støder, og "doping" det resulterende carbon nanoark med ekstra nitrogen for at forbedre dets ydeevne. Målingerne viste, at de spinat-afledte katalysatorer klarede sig bedre end platinbaserede katalysatorer, der kan være dyre og miste deres styrke over tid.

Det næste skridt for forskerne er at sætte katalysatorerne fra laboratoriesimuleringen i prototype-enheder, såsom brintbrændselsceller, for at se, hvordan de klarer sig og for at udvikle katalysatorer fra andre anlæg. Zou vil også gerne forbedre bæredygtigheden ved at reducere det energiforbrug, der er nødvendigt til processen.