大力水手吃菠菜給自己補充能量的畫面，應該是每一個愛吃菠菜的小朋友的英雄。

不過，菠菜的能量可不止在動畫片里，最近，菠菜真的能為燃料電池供電了！

這也令研究人員感到驚訝，美國大學化學系的 Shouzhong Zou 和他的團隊嘗試用菠菜來改善燃料電池的性能時，發現菠菜的供電效果意外的好。

在他們的概念驗證實驗中，他們用從當地超市買來的菠菜制造一種富碳催化劑，可用于燃料電池和金屬空氣電池。

菠菜被用作燃料電池中氧還原反應 （ORRs）所需的高性能催化劑的前體。傳統上，燃料電池使用的是鉑基催化劑，但鉑不僅非常昂貴和難以獲得，而且在某些條件下容易發生化學中毒。因此，研究人員研究了生物衍生的碳基催化劑來取代鉑，但在制備材料的成本效益和無毒方面存在瓶頸。鄒說 ：“我們能買到菠菜有點幸運。”因為菠菜的鐵和氮含量很高。

“目前，我們的方法確實需要在原料中添加更多氮，因為盡管菠菜一開始就含有很多氮，但在制作過程中，一些氮會流失。”

當然，Zou 和他的團隊并不是第一個發現菠菜的電化學奇跡的人，盡管其他研究也曾將這種綠葉蔬菜用于其他用途。例如，2014 年的一項研究從菠菜中提取活性炭來制造電容器電極，而最近的一篇論文將菠菜基納米復合材料作為光催化劑。菠菜除了富含鐵和氮 （這兩種元素都是 ORRs 的必需成分），而且易于種植，而且 “比鉑金要便宜得多，”Zou 補充道。

起初，這種以菠菜為原料的催化劑的制備聽起來很像制作一種像奶昔配方，令人存疑，首先將新鮮的葉子洗凈，然后磨成汁，然后冷凍干燥，這種凍干的果汁然后被磨成粉末，三聚氰胺加入其中作為氮促進劑。像氯化鈉和氯化鉀這樣的鹽很像廚房里用的食鹽，這些鹽被添加進去，對于形成小孔增加反應的表面積是必要的。納米薄片是由菠菜 - 三聚氰胺 - 鹽復合材料在 900 攝氏度下經過幾次熱解而制成的。“顯然…… 我們可以優化制備這種材料的方式 （使其更高效）。”

一個有效的催化劑意味著一個更快，更有效的反應。就燃料電池而言，這可以增加電池的能量輸出。這就是納米薄片的多孔性起作用的地方。“盡管我們稱它們為納米薄片，”Zou 說，“但當它們堆在一起時，就不像一堆堅實的紙了。“鹽的添加創造了小孔，讓氧氣可以穿透材料，而不是只進入外表面。”“我們需要讓它具有足夠的滲透性，以便…… 所有活躍的點都可以被利用。”

美國大學研究小組對菠菜青睞有加的另一個因素是，它是一種可再生的生物質資源。“可持續發展是我們考慮的一個非常重要的因素，”Zou 說。他補充稱，有待探索的一個大問題是，我們如何才能避免 “與餐桌上的飯”競爭。（生物燃料生產已經引起人們對糧食作物會從饑餓的肚子轉移過來的擔憂。）“第二個問題是，我們如何在催化劑制備過程中降低碳足跡…… 因為目前我們在制備過程中使用了高溫。如果我們能找到不同的方法來實現這一點，從而獲得相同類型的材料，這將減少能源消耗，并顯著減少碳足跡。”

盡管結果很有希望，但還有很長的路要走。Zou 提醒說，到目前為止，這項研究只是一個原則性的證明。“在談到實際應用時，我們需要非常小心，因為在 （實驗室）條件下表現出色的東西，可能會在實際設備中變得更具挑戰性。”他還說，另一個需要進一步研究的方面是，盡管菠菜衍生的催化劑在堿性條件下的性能優于鉑基催化劑，但在酸性介質中的性能就沒有那么高效了。“所以很明顯，我們還需要做一些調整，看看他們是否能在一定的 pH 范圍內工作。”

一個完整的原型顯然是下一步，在燃料電池中測試從菠菜中提取的催化劑。Zou 承認：“這是我的實驗室目前沒有的專業知識。”“我們正在考慮與其他團隊合作，或者我們可以在這個領域積累專業知識，因為這是必要的一步。”
責任編輯：PSY