"Mangia i tuoi spinaci, " è un ritornello comune dell'infanzia di molte persone. Spinaci, il cordiale, verdura verde piena zeppa di sostanze nutritive, non fornisce solo energia negli esseri umani. Ha anche il potenziale per aiutare ad alimentare le celle a combustibile, secondo un nuovo articolo di ricercatori del Dipartimento di Chimica dell'AU. Spinaci, quando convertito dal suo frondoso, forma commestibile in nanofogli di carbonio, funge 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 sanno da tempo che alcuni materiali di carbonio possono catalizzare la reazione. Ma quei catalizzatori a base di carbonio non sempre funzionano bene o meglio dei tradizionali catalizzatori a base di platino. I ricercatori dell'AU volevano trovare un metodo di preparazione economico e meno tossico per un catalizzatore efficiente utilizzando risorse naturali prontamente disponibili. Hanno affrontato questa sfida usando gli spinaci.

"Questo lavoro suggerisce che si possono realizzare catalizzatori sostenibili per una reazione di riduzione dell'ossigeno dalle risorse naturali, " ha detto il prof. Shouzhong Zou, professore di chimica all'AU e autore principale del documento. "Il metodo che abbiamo testato può produrre prodotti altamente attivi, catalizzatori a base di carbonio da spinaci, che è una biomassa rinnovabile. Infatti, riteniamo che superi i catalizzatori commerciali al platino sia in attività che in stabilità. I catalizzatori sono potenzialmente applicabili nelle celle a combustibile a idrogeno e nelle batterie metallo-aria." Gli ex studenti post-dottorato di Zou Xiaojun Liu e Wenyue Li e lo studente universitario Casey Culhane sono i coautori del documento.

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 la tifa o il riso. Il lavoro di Zou è la prima dimostrazione dell'uso degli spinaci come materiale per la preparazione di catalizzatori per reazioni di riduzione dell'ossigeno. Gli spinaci sono un buon candidato per questo lavoro perché sopravvive a basse temperature, è abbondante e facile da coltivare, ed è ricco di ferro e azoto indispensabili 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 lo spessore su scala nanometrica, mille volte più sottile di un capello umano. Per creare i nanofogli, i ricercatori hanno sottoposto gli spinaci a un processo in più fasi che includeva metodi sia a bassa che ad alta tecnologia, compreso il lavaggio, spremitura e liofilizzazione degli spinaci, macinandolo manualmente in una polvere fine con un mortaio e un pestello, e "dopando" il nanofoglio di carbonio risultante con azoto extra per migliorarne le prestazioni. Le misurazioni hanno mostrato che i catalizzatori derivati ​​dagli spinaci hanno prestazioni migliori rispetto ai catalizzatori a base di platino che possono essere costosi e perdere la loro potenza nel tempo.

Il prossimo passo per i ricercatori è inserire i 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.