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菠菜可能成为可再生燃料电池的有效催化剂

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来源:贤集网化工专题2020-10-17 15:35

在制造高效燃料电池方面,关键在于催化剂。好的催化剂将会使化学反应更快、更有效的,从而增加能量输出。当今的燃料电池通常依赖于铂基催化剂,但是美国大学的科学家认为,基于最近发表在《Science》杂志上的原理验证实验,菠菜(被认为是一种“超级食品”,因为它富含营养成分)将成为一种出色的可再生富含碳的催化剂。

大力水手从不知名的大力水手胶卷中取出一罐菠菜,1945年。美国大学的科学家认为,绿树成荫的绿色植物有潜力为未来的燃料电池提供动力。

菠菜在科学领域有着悠久的历史。利用其光合和电化学特性的想法已经存在了大约40年。菠菜是一种很丰富,便宜,易于生长的植物,并且富含铁和氮。许多年前,作为一个崭露头角的年轻科学作家,珍妮弗·欧埃莱特参加了物理学家Elias Greenbaum)进行的有关菠菜研究的会议演讲。具体来说,他对菠菜叶中基于蛋白质的“反应中心”感兴趣,菠菜叶是光合作用的基本机制,光合作用是植物将二氧化碳转化为氧气和碳水化合物的化学过程。

有两种类型的反应中心。一种称为光系统1(PS1)的类型可将二氧化碳转化为糖。另一个是光系统2(PS2),它分解水产生氧气。PS1发挥着巨大的科学兴趣,它就像一个微型光敏电池一样,可以吸收阳光中的能量并以近100%的效率发射电子。PS1能够在几分之一秒内产生光感应电流。

当然,它的功能不是很大,但足以运行一天的小分子机器。Greenbaum的工作有望建立人造视网膜,例如,用光敏PS1代替受损的视网膜细胞,以恢复那些患有退行性眼疾的人的视力。由于PS1可以进行调整,使其表现得像二极管一样,在一个方向上传递电流,而不能在另一个方向上传递电流,因此,如果PS1可以通过由碳纳米管制成的分子大小的导线连接,则可以用于构建基本的计算机处理器的逻辑门。

Greenbaum只是对菠菜感兴趣的众多研究人员之一。例如,在2012年,范德比尔特大学的科学家将PS1与硅结合使用,使其电流水平比将蛋白质中心沉积到金属上时所达到的电流水平高近1,000倍,并且电压适度增加。目标是最终构建“生物混合”太阳能电池,使其在电压和电流水平方面可与标准硅太阳能电池竞争。

菠菜除其反应中心外还具有其他有趣的特性。例如, 中国研究人员在2014年发表的一篇论文报道了从菠菜中收集活性炭作为电容器电极的实验,而就在去年12月,另一批中国科学家研究了基于菠菜的纳米复合材料用作光催化剂的潜力。

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