美国大学用菠菜制备催化剂 为燃料电池提供动力

据外媒报道，美国大学（American University）化学系研究人员发现，菠菜还具有帮助燃料电池充电的潜力。当菠菜从叶状可食用形态转化为碳纳米薄片时，可在燃料电池和金属空气电池中充当氧还原反应的催化剂。

（图片来源：phys.org）

氧还原反应是燃料电池和金属空气电池中的两种反应之一，并且反应速度通常较慢，从而限制能量输出。研究人员早就知道，某些碳材料可以催化该反应。但是，碳基催化剂的性能并不总是和传统铂基催化剂一样好或更好。研究人员希望，利用现有自然资源，找到一种廉价、毒性较低的制备高效催化剂的方法。他们用菠菜解决了这个难题。

该校化学教授 Shouzhong Zou表示：“这项工作表明，可以利用自然资源制造可持续性催化剂，用于氧还原反应。”研究人员称：“菠菜是一种可再生的生物质，我们测试的方法可以用菠菜生产高活性碳基催化剂。事实上，我们认为在活性和稳定性方面它都优于商用铂催化剂。在氢燃料电池和金属空气电池中，这种催化剂具有潜在应用前景。”

催化剂能够加速氧还原反应，产生足够的电流和能量。该研究的实际应用包括燃料电池和金属空气电池，它们为电动汽车和各种军用装备提供动力。研究人员尝试从植物或植物产品（如蒲草或水稻）中提取催化剂，并在实验室和原型方面取得进展。此项研究首次展示，菠菜可以作为原料制备氧还原反应催化剂。菠菜之所以被选中，是因为它能在低温下生存，常见且易生长，并且富含铁和氮，而铁和氮是这类催化剂必不可少的。

研究人员制备并测试了这种由菠菜衍生的碳纳米片催化剂。碳纳米薄片就像一张厚度为纳米级的纸，比人的一根头发还薄一千倍。为了制造纳米薄片，研究人员对菠菜进行多步处理，包括高低科技方法，如清洗、榨汁和冷冻干燥，用研钵和杵手动将其研磨成细粉，并在生成的碳纳米薄片中添加额外的氮气以改善其性能。测量结果显示，菠菜衍生催化剂的性能优于铂基催化剂。铂基催化剂价格昂贵，而且随着时间流逝会失去效力。

研究人员下一步将把实验室模拟催化剂置入原型设备中，比如氢燃料电池，以观察其表现，并通过其他工厂开发催化剂。同时，降低能源消耗，提高可持续性。