研究人员从厨房香料中提取姜黄素 或将使燃料电池更环保、更高效
据外媒报道,美国克莱姆森纳米材料研究所(CNI)和印度萨西萨伊高等学院(Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning)的研究人员发现了一种新方法,将姜黄素(姜黄中的物质)与金纳米颗粒结合起来,从而制造出一种电极。这种电极可以将乙醇有效转化为电能,而且所需的能量减少了100倍。
(图片来源:克莱姆森纳米材料研究所)
这一发现有望进一步获得取代氢作为燃料电池的原料,当然还需进行更多的测试。CNI创办负责人Apparao Rao表示:“就在碱性介质中氧化醇类的所有催化剂而言,此项研究制备的催化剂,是迄今为止最好的。”
燃料电池通过化学反应来产生电力,而不是燃烧方式。这些电池可用于为车辆、建筑和便携式电子设备和备用电源系统提供动力。氢燃料电池的效率很高,而且不会产生温室气体。氢是最常见的化学元素,必须从天然气和化石燃料等物质中获取,因为在地球上这种元素仅与其他元素以复合形式存在,包括液体、气体或固体。采取必要的提取过程,会增加氢燃料电池的成本,以及对环境的影响。此外,燃料电池中使用的氢是压缩气体,在存储和运输访面存在一定挑战性。相比之下,乙醇是一种液体,由玉米或其他农业原料制成,更加安全和易于运输,
研究人员表示,要想在罐内装满乙醇,使其成为商用产品,必须使用高效电极。同时,电极成本不能太高,也不能使用不环保的合成聚合物基质,因为这完全违背了初衷。研究人员希望寻找一些绿色的东西,用于制造燃料电池,以及燃料电池的发电过程。
在此项研究中,研究人员聚焦于燃料电池的负极,这是乙醇与其他原料被氧化的地方。很多燃料电池以铂为催化剂,但其成本较高,而且由于一氧化碳等反应中间体,铂易中毒。研究人员使用黄金为催化剂,并利用结构独特的姜黄素在电极表面沉积金,而不是使用导电聚合物、金属有机框架或其他复杂材料。姜黄素被用来装饰金纳米颗粒,以使其保持稳定,并在纳米颗粒周围形成多孔网络。研究人员可以用比以前低100倍的电流,将姜黄素金纳米颗粒沉积在电极表面。
如果没有姜黄素涂层,金纳米颗粒就会聚集在一起,减少暴露在化学反应中的表面积。Rao表示:“没有这种姜黄素涂层,电池性能会很差。因此,需要通过这种涂层来稳定和创造纳米颗粒周围的多孔环境,从而在醇氧化方面发挥超级作用。行业内大力推动醇氧化,这一发现大力推动了这一进程。下一步是扩大工艺规模,与工业合作伙伴合作,以真正制造燃料电池,并为实际应用构建燃料电池组。”
除了用于改进燃料电池,这项研究可能会产生更广泛的影响。研究人员表示,这种性能独特的电极,未来可能在传感器、超级电容器等领域得到应用。
关键词: 克莱姆森纳米材料研究所 萨西萨伊高等学院
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