从一种常见的厨房香料中提取可能是更环保、更高效的燃料电池的关键

姜黄是一种在大多数厨房中都能找到的香料，它含有一种提取物，可以产生更安全、更高效的燃料电池。

克莱姆森纳米材料研究所 (CNI) 的研究人员和他们来自印度 Sri Sathya Sai 高等教育研究所 (SSSIHL) 的合作者发现了一种将姜黄素(姜黄中的物质)和金纳米粒子结合起来的新方法，以制造需要有效地将乙醇转化为电能的能源减少了 100 倍。

虽然研究团队必须进行更多测试，但这一发现使替代氢作为燃料电池原料更近了一步。

“在碱性介质中醇氧化的所有催化剂中，我们制备的催化剂是迄今为止最好的，”CNI 的创始主任、理学院的 RA 鲍文物理学教授 Apparao Rao 说。

燃料电池通过化学反应而不是燃烧来发电。它们用于为车辆、建筑物、便携式电子设备和备用电源系统供电。

氢燃料电池效率高，不会产生温室气体。虽然氢是宇宙中最常见的化学元素，但它必须来自天然气和化石燃料等物质，因为它在地球上仅以与液体、气体或固体中的其他元素复合的形式自然存在。必要的提取增加了氢燃料电池的成本和环境影响。

此外，燃料电池中使用的氢气是一种压缩气体，给储存和运输带来了挑战。乙醇是一种由玉米或其他农业饲料制成的酒精，比氢气更安全、更容易运输，因为它是一种液体。

Rao 的前学生、CNI 的研究助理、SSSIHL 的校友 Lakshman Ventrapragada 说：“为了使它成为一种商业产品，我们可以用乙醇填充我们的罐子，电极必须高效。”“与此同时，我们不想要非常昂贵的电极或不环保的合成聚合物基板，因为这违背了整个目的。我们希望为燃料电池生产过程和制造燃料电池本身寻找绿色的东西。”

研究人员专注于燃料电池的阳极，在那里乙醇或其他原料被氧化。

燃料电池广泛使用铂作为催化剂。Ventrapragada 说，但铂会因一氧化碳等反应中间体而中毒。它也很昂贵。

研究人员使用黄金作为催化剂。研究人员没有使用导电聚合物、金属有机框架或其他复杂材料将金沉积在电极表面，而是使用姜黄素，因为它具有独特的结构。姜黄素用于装饰金纳米粒子以使其稳定，在纳米粒子周围形成多孔网络。研究人员以比之前研究低 100 倍的电流将姜黄素金纳米颗粒沉积在电极表面。

Ventrapragada 说，如果没有姜黄素涂层，金纳米颗粒会聚集，从而减少暴露于化学反应的表面积。

“没有这种姜黄素涂层，性能很差，”Rao 说。“我们需要这种涂层来稳定并在纳米颗粒周围创造一个多孔环境，然后它们在酒精氧化方面做得非常好。

“该行业大力推动酒精氧化。这一发现是实现这一目标的极好推动力。下一步是扩大工艺规模，并与能够实际制造燃料电池并建造燃料电池堆的工业合作者合作真正的应用，”他继续说道。

但这项研究可能比改进的燃料电池具有更广泛的意义。Ventrapragada 说，该电极的独特特性可以使其在传感器、超级电容器等方面的未来应用中发挥作用。

Rao 的团队与 SSSIHL 研究团队合作，正在测试将电极作为传感器来帮助识别多巴胺水平的变化。多巴胺与帕金森病和注意力缺陷多动障碍等疾病有关。Rao 说，当研究小组的成员测试从健康志愿者那里获得的尿液样本时，他们可以使用这种电极使用一种与今天使用的标准方法相比具有成本效益的方法将多巴胺测量到批准的临床范围。

“在项目的开始阶段，我们没有想到镀金姜黄素可以支持其他应用。但是，在酒精氧化实验结束之前，我们相当有信心其他应用是可能的，”Ventrapragada 说。“虽然我们对原子水平上正在发生的事情没有完全了解，但我们确信姜黄素正在稳定金纳米颗粒，使其可以用于其他应用。”