"Mange tes épinards, " est un refrain commun de l'enfance de nombreuses personnes. Épinards, le copieux, cale végétale verte pleine de nutriments, ne fournit pas seulement de l'énergie aux humains. Il a également le potentiel d'aider à alimenter les piles à combustible, selon un nouvel article rédigé par des chercheurs du département de chimie de l'UA. Épinard, une fois converti de son feuillu, forme comestible en nanofeuillets de carbone, agit comme un catalyseur pour une réaction de réduction de l'oxygène dans les piles à combustible et les batteries métal-air.

Une réaction de réduction de l'oxygène est l'une des deux réactions dans les piles à combustible et les batteries métal-air et est généralement la plus lente qui limite la production d'énergie de ces dispositifs. Les chercheurs savent depuis longtemps que certains matériaux carbonés peuvent catalyser la réaction. Mais ces catalyseurs à base de carbone ne fonctionnent pas toujours aussi bien ou mieux que les catalyseurs traditionnels à base de platine. Les chercheurs de l'UA voulaient trouver une méthode de préparation peu coûteuse et moins toxique pour un catalyseur efficace en utilisant des ressources naturelles facilement disponibles. Ils ont relevé ce défi en utilisant des épinards.

"Ce travail suggère que des catalyseurs durables peuvent être fabriqués pour une réaction de réduction de l'oxygène à partir de ressources naturelles, " a déclaré le professeur Shouzhong Zou, professeur de chimie à l'UA et auteur principal de l'article. "La méthode que nous avons testée peut produire des produits hautement actifs, catalyseurs à base de carbone d'épinards, qui est une biomasse renouvelable. En réalité, nous pensons qu'il surpasse les catalyseurs au platine commerciaux à la fois en termes d'activité et de stabilité. Les catalyseurs sont potentiellement applicables dans les piles à combustible à hydrogène et les batteries métal-air. » Les anciens étudiants post-doctoraux de Zou Xiaojun Liu et Wenyue Li et l'étudiant de premier cycle Casey Culhane sont les co-auteurs de l'article.

Les catalyseurs accélèrent une réaction de réduction de l'oxygène pour produire suffisamment de courant et créer de l'énergie. Parmi les applications pratiques de la recherche figurent les piles à combustible et les batteries métal-air, qui alimentent les véhicules électriques et les types d'équipements militaires. Les chercheurs progressent en laboratoire et dans des prototypes avec des catalyseurs dérivés de plantes ou de produits végétaux tels que la quenouille ou le riz. Le travail de Zou est la première démonstration utilisant des épinards comme matériau pour préparer des catalyseurs de réaction de réduction de l'oxygène. L'épinard est un bon candidat pour ce travail car il survit à basse température, est abondante et facile à cultiver, et est riche en fer et en azote indispensables à ce type de catalyseur.

Zou et ses élèves ont créé et testé les catalyseurs, qui sont des nanofeuillets de carbone dérivés d'épinards. Les nanofeuilles de carbone sont comme un morceau de papier dont l'épaisseur est à l'échelle nanométrique, mille fois plus fin qu'un cheveu humain. Pour créer les nanofeuillets, les chercheurs ont soumis les épinards à un processus en plusieurs étapes qui comprenait à la fois des méthodes de basse et de haute technologie, y compris le lavage, presser et lyophiliser les épinards, le broyer manuellement en une poudre fine avec un mortier et un pilon, et "doper" la nanofeuille de carbone résultante avec de l'azote supplémentaire pour améliorer ses performances. Les mesures ont montré que les catalyseurs dérivés d'épinards fonctionnaient mieux que les catalyseurs à base de platine qui peuvent être coûteux et perdre de leur puissance avec le temps.

La prochaine étape pour les chercheurs est de mettre les catalyseurs de la simulation en laboratoire dans des prototypes de dispositifs, comme les piles à combustible à hydrogène, pour voir comment ils fonctionnent et pour développer des catalyseurs à partir d'autres usines. Zou souhaite également améliorer la durabilité en réduisant la consommation d'énergie nécessaire au processus.