“Mangia gli spinaci“, è un ritornello comune nell’infanzia di molte persone. Gli spinaci, la verdura ricca di sostanze nutritive, non forniscono solo energia agli esseri umani: hanno anche il potenziale per aiutare ad alimentare le celle a combustibile, secondo un nuovo studio redatto dai ricercatori del Dipartimento di Chimica dell’AU. Gli spinaci, quando convertiti dalla loro forma frondosa e commestibile in nanofogli di carbonio, fungono da catalizzatore per una reazione di riduzione dell’ossigeno nelle celle a combustibile e nelle batterie metallo-aria.
Una reazione di riduzione dell’ossigeno è una delle due reazioni nelle celle a combustibile e nelle batterie metallo-aria, ed è solitamente quella più lenta che limita la produzione di energia di questi dispositivi. I ricercatori sono da tempo a conoscenza del fatto che alcuni materiali di carbonio possono catalizzare la reazione. Ma quei catalizzatori a base di carbonio non sempre funzionano altrettanto bene o meglio dei tradizionali catalizzatori a base di platino. I ricercatori dell’AU volevano trovare un metodo di preparazione poco costoso e meno tossico per un catalizzatore efficiente utilizzando risorse naturali prontamente disponibili e hanno affrontato questa sfida utilizzando gli spinaci.
“Questo lavoro suggerisce che è possibile creare catalizzatori sostenibili per una reazione di riduzione dell’ossigeno dalle risorse naturali“, ha affermato il prof. Shouzhong Zou, professore di chimica presso l’AU e autore principale dell’articolo. “Il metodo che abbiamo testato può produrre catalizzatori a base di carbonio altamente attivi dagli spinaci, che è una biomassa rinnovabile. In effetti, riteniamo che superi i catalizzatori di platino commerciali sia in termini di attività che di stabilità. I ??catalizzatori sono potenzialmente applicabili nelle celle a combustibile a idrogeno e nei metalli -batterie ad aria“. Gli ex studenti post-dottorato di Zou Xiaojun Liu e Wenyue Li e lo studente universitario Casey Culhane sono i coautori dell’articolo.
I catalizzatori accelerano una reazione di riduzione dell’ossigeno per produrre corrente sufficiente e creare energia. Tra le applicazioni pratiche per la ricerca ci sono le celle a combustibile e le batterie metallo-aria, che alimentano veicoli elettrici e tipi di equipaggiamento militare. I ricercatori stanno facendo progressi in laboratorio e nei prototipi con catalizzatori derivati ??da piante o prodotti vegetali come l’erba di tifa o il riso. Il lavoro di Zou è la prima dimostrazione che utilizza gli spinaci come materiale per preparare i catalizzatori di reazione per la riduzione dell’ossigeno. Gli spinaci sono un buon candidato per questo lavoro perché sopravvivono alle basse temperature, sono abbondanti e facili da coltivare, ed sono ricchi di ferro e azoto essenziali per questo tipo di catalizzatore.
Zou e i suoi studenti hanno creato e testato i catalizzatori, che sono nanofogli di carbonio derivati ??dagli spinaci. I nanofogli di carbonio sono come un pezzo di carta con uno spessore su scala nanometrica, mille volte più sottile di un pezzo di capelli umani. Per creare i nanofogli, i ricercatori hanno sottoposto gli spinaci a un processo in più fasi che includeva metodi a bassa e alta tecnologia, tra cui il lavaggio, la spremitura e la liofilizzazione degli spinaci, macinandoli manualmente in una polvere fine con un mortaio e un pestello, e “dopare” il nanofoglio di carbonio risultante con azoto extra per migliorarne le prestazioni. Le misurazioni hanno mostrato che i catalizzatori derivati ??dagli spinaci si sono comportati meglio dei catalizzatori a base di platino che possono essere costosi e perdere la loro potenza nel tempo.
Il prossimo passo per i ricercatori è inserire ipinacipinac catalizzatori della simulazione di laboratorio in dispositivi prototipo, come le celle a combustibile a idrogeno, per vedere come si comportano e per sviluppare catalizzatori da altre piante. Zou vorrebbe anche migliorare la sostenibilità riducendo il consumo energetico necessario per il processo.
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