菠菜：对大力水手和地球都有好处

时间：2022-06-01 11:01:46来源：

“吃你的菠菜”是许多人童年时常说的一句话。菠菜是一种富含营养的丰盛绿色蔬菜，不仅为人类提供能量。根据非盟化学系研究人员的一篇新论文，它还具有帮助为燃料电池供电的潜力。菠菜从多叶、可食用的形式转变为碳纳米片时，可作为燃料电池和金属-空气电池中氧还原反应的催化剂。

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，通常是限制这些设备能量输出的较慢反应。研究人员早就知道某些碳材料可以催化该反应。但这些碳基催化剂的性能并不总是与传统的铂基催化剂一样好或更好。非盟研究人员希望通过使用现成的自然资源找到一种廉价且毒性较小的高效催化剂制备方法。他们通过使用菠菜来应对这一挑战。

“这项工作表明，可以从自然资源中制造用于氧还原反应的可持续催化剂，”非盟化学教授、该论文的主要作者邹守忠教授说。“我们测试的方法可以从菠菜中生产出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。这些催化剂可能适用于氢燃料电池和金属-空气电池。”邹的前博士后刘晓军、李文岳和本科生Casey Culhane是该论文的共同作者。

催化剂加速氧还原反应以产生足够的电流并产生能量。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。研究人员在实验室和使用植物或植物产品(如香蒲草或大米)衍生的催化剂原型方面取得了进展。邹的工作是第一个使用菠菜作为制备氧还原反应催化剂的材料的示范。菠菜是这项工作的一个很好的候选者，因为它可以在低温下存活，丰富且易于生长，并且富含这种催化剂所必需的铁和氮。

邹和他的学生创造并测试了催化剂，这是菠菜衍生的碳纳米片。碳纳米片就像一张纸，厚度达到纳米级，比人的头发细一千倍。为了制造纳米片，研究人员将菠菜经过一个多步骤的过程，包括低技术和高科技方法，包括清洗、榨汁和冷冻干燥菠菜，然后用研钵和研杵将其手动研磨成细粉，并用额外的氮“掺杂”所得的碳纳米片以提高其性能。测量结果表明，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，并且随着时间的推移会失去效力。

研究人员的下一步是将实验室模拟中的催化剂放入原型设备中，例如氢燃料电池，以了解它们的性能并从其他工厂开发催化剂。Zou 还希望通过减少该过程所需的能源消耗来提高可持续性。

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