Катализаторы на основе шпината могут приводить в действие топливные элементы более эффективно, чем традиционные платиновые. К таким выводам пришли ученые из Американского университета в ходе экспериментов, сообщает журнал IEEE Spectrum.

Когда Шучжун Цзоу с группой исследователей химического факультета Американского университета решили попробовать использовать шпинат, чтобы улучшить характеристики топливных элементов, они удивились тому, насколько хорошо он работает. В своих экспериментах по проверке правильности концепции они использовали шпинат, купленный в местных супермаркетах, для изготовления богатого углеродом катализатора, который можно использовать в топливных элементах и металл-воздушных батареях.

Шпинат использовался в качестве прекурсора для высокоэффективных катализаторов, необходимых для реакций восстановления кислорода (ORR) в топливных элементах. Традиционно для таких целей использовались катализаторы на основе платины.

Однако она не только очень дорога и труднодоступна, но и при определенных условиях может привести химическому отравлению. Это и побудило ученых изучить углеродные катализаторы на основе биомассы. Однако это оказалось не так просто.

«Нам просто повезло выбрать шпинат, — признается Цзоу, — из-за высокого содержания в нем железа и азота».

Дзо и его команда, конечно же, не были первыми, кто открыл для себя электрохимические чудеса шпината, хотя в других исследованиях листовая зелень использовалась для других целей. Например, в исследовании 2014 года из шпината собирали активированный уголь для создания конденсаторных электродов, а в более поздней статье нанокомпозиты на основе шпината рассматривались в качестве фотокатализаторов.

Шпинат, помимо того, что он богат железом и азотом (оба важны для реакций восстановления кислорода), легко доступен — его можно быстро выращивать, и он «определенно дешевле платины», — добавляет Цзоу.

Приготовление катализатора на основе шпината на первый взгляд подозрительно похоже на рецепт смузи: вымыть свежие листья, превратить в сок и высушить замораживанием. Этот лиофилизированный сок затем измельчают в порошок, к которому добавляют меламин в качестве катализатора азота. Также добавляются соли — хлорид натрия и хлорид калия — для создания пор, которые увеличивают площадь поверхности, доступную для реакций.

Эффективный катализатор означает более быструю и эффективную реакцию. В случае топливных элементов это может увеличить выходную мощность батарей. Здесь помогает пористость нанолистов. Добавление солей помогает в создании крошечных отверстий, позволяющих кислороду проникать в материал, а не только на внешние поверхности.

Другой фактор, который благоприятно расположил команду Американского университета к шпинату, заключался в том, что он является возобновляемым источником биомассы. Ученые надеются, их разработка, которую еще необходимо тестировать, поспособствует снижению углеродного следа.