Когато става дума за създаването на ефективни горивни клетки, най-важен е катализатора. Добрият катализатор би довел до по-бързи, по-ефективни химични реакции и по този начин би увеличил енергийната мощност. Съвременните горивни клетки обикновено разчитат на катализатори на основата на платина.
Учени от Американския университет (АУ) във Вашингтон смятат, че спанакът може да бъде отличен възобновяем катализатор, богат на въглерод, основавайки се на своите доказателствени експерименти, публикувани в списание ACS Omega. Попай определено би одобрил.
Идеята за използване на фотосинтетичните и електрохимичните свойства на спанака съществува от около 40 години. Спанакът е наличен в големи количества, евтин, лесен за отглеждане и богат на желязо и азот. Физикът Елиас Грийнбаум (Elias Greenbaum) се интересува от протеиновите "реакционни центрове" в листата на спанака, които са основният механизъм за фотосинтеза - химическият процес, чрез който растенията превръщат въглеродния диоксид в кислород и въглехидрати.
Съществуват два вида реакционни центрове. Единият тип, познат като фотосистема 1 (PS1), превръща въглеродния диоксид в захар; другият, фотосистема 2 (PS2), разделя молекулата на водата, за да произвежда кислород. Има голям научен интерес към PS1, който действа като малка фоточувствителна батерия, абсорбираща енергия от слънчевата светлина и излъчваща електрони с почти 100-процентова ефективност. PS1 може да генерира за части от секундата поток от електричество, индуциран от светлината.
Не става дума за огромно количество енергия, но е достатъчно един ден да се управляват малки молекулярни машини. Работата на Грийнбаум носи надежди за изграждане на изкуствени ретини, заменяйки увредените клетки със светлочувствителни PS1, за да се възстанови зрението при страдащите от дегенеративно състояние на очите. Тъй като PS1 могат да бъдат променени, така че да се държат като диоди, провеждайки ток в едната посока, но не и в другата, те могат да бъдат използвани за създаването на елементарни компютърни процесори, ако бъдат свързани чрез проводници, направени от въглеродни нанотръби.
Спанакът има потенциално приложение като катализатор в технологията на горивните клетки. Ранният патентован подход на Грийнбаум за използване на спанак като катализатор включва покритие от платина върху PS1, за да се получи чист водороден газ за захранване на горивните клетки. Зеленчукът може да бъде по-малко токсичен и по-евтин катализатор за реакцията на редукция на кислорода в горивните клетки според авторите на последната статия, които прилагат различен подход, създавайки от спанак нанолистове, богати на въглерод.
Първата стъпка от процеса на учените от АУ е подобна на тази, използвана от Грийнбаум преди години. Те смилат на пюре прясно измити листа от спанак. След това учените лиофилизират получения зеленчуков сок и го смилат на фин прах с хаванче и пестик. След това се добавят соли (натриев хлорид, калиев хлорид) и малко меламин, за да се повиши съдържанието на азот.
„В този момент [нашият метод] изисква да добавим малко повече азот в изходния материал, защото въпреки че [спанакът] съдържа много азот, по време на процеса на подготовка, част от този азот се губи", обяснява ШоуДжун Дзоу (ShouZhong Zou), професор по химия в Американския университет и съавтор на изследването.
Солите са от ключово значение за получаването на пори в готовите нанолистове, като по този начин увеличават наличната повърхност за да се оптимизират химичните реакции.
„Въпреки че ги наричаме нанолистове, когато са подредени заедно, те не са като куп хартия, който е много солиден“, обяснява Дзоу. „Трябва да го направим достатъчно порьозен, за да могат да се използват всички активни центрове“.
Накрая, екипът прилага няколко етапа на пиролиза (процес на термично разлагане) при температури от 900 градуса по Целзий, за да получи богатите на въглерод нанолистове. Учените откриват, че катализаторите, получени от спанак, са по-ефективни от онези, получени от платина.
Схематично представяне на процеса за получаване на горивна клетка с катализатор от спанак. Кредит: Xiaojun Liu et al./ ACS Omega 2020
„Нашата работа предполага, че могат да се направят устойчиви катализатори за редукционна реакция на кислорода от природен източник“, смята Дзоу. „Чрез метода, който тествахме, може да се получат силно активни катализатори на основата на въглерод от спанак, който е възобновяема биомаса. Всъщност, ние вярваме, че той превъзхожда търговските платинени катализатори, както по активност, така и по стабилност".
Това засега е само доказателство на принципа, което работи добре в идеални лабораторни условия, но не е сигурно, че лесно може да се прехвърли за реално приложение в практиката. Следващата стъпка е да се изгради пълен прототип, който използва катализатор на базата на спанак в истинска водородна горивна клетка. Според Дзоу това ще изисква сътрудничество с други лаборатории.
Източник: Ars Technica - Popeye would approve: Spinach could hold key to renewable fuel cell catalysts
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари