Экстракт обычной кухонной специи может быть ключом к более экологичным и эффективным топливным элементам
Исследователи из Института наноматериалов Клемсона (CNI) и их сотрудники из Института высшего образования Шри Сатья Саи (SSSIHL) в Индии открыли новый способ сочетания куркумина — вещества, содержащегося в куркуме, — и наночастиц золота для создания электрода, который требует 100-кратного меньше энергии для эффективного преобразования этанола в электричество.
На этой иллюстрации зеленое топливо (спирт) представлено каплями зеленого цвета в верхней части изображения, которые при взаимодействии с золотыми наночастицами, покрытыми куркумином, эффективно выделяют энергию (искры внизу изображения). Предоставлено: Лакшман Вентрапрагада и Шри Саи Прасад Наяк.
Экстракт куркумы, специи, которую можно найти на большинстве кухонь, может сделать топливные элементы более безопасными и эффективными.
Исследователи из Института наноматериалов Клемсона (CNI) и их сотрудники из Института высшего образования Шри Сатья Саи (SSSIHL) в Индии открыли новый способ сочетания куркумина — вещества, содержащегося в куркуме, — и наночастиц золота для создания электрода, который требует 100-кратного меньше энергии для эффективного преобразования этанола в электричество.
В то время как исследовательская группа должна провести дополнительные испытания, открытие приближает замену водорода в качестве сырья для топливных элементов еще на один шаг.
«Из всех катализаторов для окисления спирта в щелочной среде тот, который мы приготовили, является лучшим на сегодняшний день», — сказал Аппарао Рао, директор-основатель CNI и профессор физики RA Bowen в Колледже наук.
Топливные элементы генерируют электричество в результате химической реакции, а не сгорания. Они используются для питания транспортных средств, зданий, портативных электронных устройств и систем резервного питания.
Водородные топливные элементы очень эффективны и не производят парниковых газов. Хотя водород является наиболее распространенным химическим элементом во Вселенной, он должен быть получен из таких веществ, как природный газ и ископаемое топливо, поскольку в природе он встречается на Земле только в форме соединения с другими элементами в жидкостях, газах или твердых телах. Необходимое извлечение увеличивает стоимость водородных топливных элементов и воздействие на окружающую среду.
Кроме того, водород, используемый в топливных элементах, представляет собой сжатый газ, что создает проблемы при хранении и транспортировке. Этанол, спирт, полученный из кукурузы или других сельскохозяйственных кормов, безопаснее и легче транспортировать, чем водород, потому что он жидкий.
«Чтобы сделать его коммерческим продуктом, с помощью которого мы можем наполнять наши резервуары этанолом, электроды должны быть высокоэффективными», — сказал Лакшман Вентрапрагада, бывший студент Рао, который работал научным сотрудником в CNI и является выпускником SSSIHL. «В то же время нам не нужны очень дорогие электроды или синтетические полимерные подложки, которые не являются экологически чистыми, потому что это противоречит самой цели."
Исследователи сосредоточились на аноде топливного элемента, где окисляется этанол или другой источник сырья.
Топливные элементы широко используют платину в качестве катализатора. Но платина страдает от отравления из-за промежуточных продуктов реакции, таких как окись углерода, сказал Вентрапрагада. Это также дорого.
Исследователи использовали золото в качестве катализатора. Вместо проводящих полимеров, металлоорганических каркасов или других сложных материалов для нанесения золота на поверхность электрода исследователи использовали куркумин из-за его структурной уникальности. Куркумин используется для украшения наночастиц золота, чтобы стабилизировать их, образуя пористую сеть вокруг наночастиц. Исследователи осаждали наночастицы золота куркумина на поверхности электрода при в 100 раз более низком электрическом токе, чем в предыдущих исследованиях.
По словам Вентрапрагады, без покрытия из куркумина наночастицы золота агломерируются, сокращая площадь поверхности, подверженную химической реакции.
«Без этого куркуминового покрытия производительность будет плохой», — сказал Рао. «Нам нужно это покрытие, чтобы стабилизировать и создать пористую среду вокруг наночастиц, а затем они отлично справляются с окислением спирта.
«В отрасли окисления спирта наблюдается большой толчок. Это открытие является отличным инструментом для этого. Следующим шагом является масштабирование процесса и работа с промышленным сотрудником, который действительно может производить топливные элементы и собирать блоки топливных элементов для настоящее приложение», — продолжил он.
Но исследование может иметь более широкое значение, чем улучшенные топливные элементы. По словам Вентрапрагады, уникальные свойства электрода могут быть использованы в будущем в датчиках, суперконденсаторах и многом другом.
В сотрудничестве с исследовательской группой SSSIHL команда Рао тестирует электрод в качестве датчика, который может помочь определить изменения уровня дофамина. Дофамин связан с такими расстройствами, как болезнь Паркинсона и синдром дефицита внимания с гиперактивностью. По словам Рао, когда члены исследовательской группы протестировали образцы мочи, полученные от здоровых добровольцев, они смогли измерить дофамин в утвержденном клиническом диапазоне с помощью этого электрода , используя экономически эффективный метод по сравнению со стандартными, используемыми сегодня.
«На начальных этапах проекта мы не представляли себе других применений куркумина с золотым покрытием. Однако до окончания экспериментов по окислению спирта мы были достаточно уверены, что возможны и другие применения», — сказал Вентрапрагада. «Хотя у нас нет полного понимания того, что происходит на атомном уровне, мы точно знаем, что куркумин стабилизирует наночастицы золота таким образом, что его можно использовать в других целях».
Журнал Nano Energy опубликовал результаты в статье под названием «Зеленый синтез нового пористого золото -куркуминового нанокомпозита для сверхэффективного окисления спирта».
