"Ät din spenat, " är ett vanligt avhåll från många människors barndom. Spenat, den rejäla, gröna grönsaker proppfulla av näringsämnen, ger inte bara energi till människor. Det har också potential att hjälpa till att driva bränsleceller, enligt en ny uppsats av forskare vid AU:s institution för kemi. Spenat, när den omvandlas från sin lummiga, ätbar form till nanoskivor av kol, fungerar som en katalysator för en syrereduktionsreaktion i bränsleceller och metall-luftbatterier.

En syrereduktionsreaktion är en av två reaktioner i bränsleceller och metall-luftbatterier och är vanligtvis den långsammare som begränsar energiuttaget från dessa enheter. Forskare har länge vetat att vissa kolmaterial kan katalysera reaktionen. Men dessa kolbaserade katalysatorer presterar inte alltid lika bra eller bättre än de traditionella platinabaserade katalysatorerna. AU-forskarna ville hitta en billig och mindre giftig beredningsmetod för en effektiv katalysator genom att använda lättillgängliga naturresurser. De tacklade denna utmaning genom att använda spenat.

"Detta arbete tyder på att hållbara katalysatorer kan göras för en syrereduktionsreaktion från naturresurser, " sa prof. Shouzhong Zou, kemiprofessor vid AU och tidningens huvudförfattare. "Metoden vi testade kan producera mycket aktiva, kolbaserade katalysatorer från spenat, som är en förnybar biomassa. Faktiskt, vi tror att den överträffar kommersiella platinakatalysatorer i både aktivitet och stabilitet. Katalysatorerna är potentiellt användbara i vätebränsleceller och metall-luft-batterier." Zous före detta postdoktorander Xiaojun Liu och Wenyue Li och student Casey Culhane är tidningens medförfattare.

Katalysatorer påskyndar en syrereduktionsreaktion för att producera tillräckligt med ström och skapa energi. Bland de praktiska tillämpningarna för forskningen är bränsleceller och metall-luftbatterier, som driver elfordon och typer av militärutrustning. Forskare gör framsteg i labbet och i prototyper med katalysatorer som härrör från växter eller växtprodukter som gråsvans eller ris. Zous arbete är den första demonstrationen med spenat som ett material för framställning av syrereduktionsreaktionskatalysatorer. Spenat är en bra kandidat för detta arbete eftersom den överlever i låga temperaturer, är riklig och lätt att odla, och är rik på järn och kväve som är nödvändiga för denna typ av katalysator.

Zou och hans elever skapade och testade katalysatorerna, som är spenat-härledda kol nanosheets. Kolnanoark är som ett papper med tjockleken på en nanometerskala, tusen gånger tunnare än en bit människohår. För att skapa nanoark, forskarna satte spenaten genom en process i flera steg som inkluderade både låg- och högteknologiska metoder, inklusive tvätt, pressa och frystorka spenaten, manuellt mala det till ett fint pulver med en mortel och mortelstöt, och "dopa" det resulterande nanoarket i kol med extra kväve för att förbättra dess prestanda. Mätningarna visade att de spenatbaserade katalysatorerna presterade bättre än platinabaserade katalysatorer som kan vara dyra och förlora sin styrka med tiden.

Nästa steg för forskarna är att sätta in katalysatorerna från labbsimuleringen i prototypenheter, som vätebränsleceller, för att se hur de presterar och för att utveckla katalysatorer från andra anläggningar. Zou vill också förbättra hållbarheten genom att minska den energiförbrukning som behövs för processen.