Вчені відкрили спосіб комбінування куркуміну, речовини з популярної спеції, і наночастинок золота для створення електрода, якому потрібно в сто разів менше енергії для перетворення етилового спирту в електрику. Дослідження опубліковано в журналі Nano Energy.
Хіміки з Університету Шрі Сатья Саї в Індії та американського Університету Клемсона використовували наночастинки золота як каталізатор паливного елемента. Однак замість традиційних металоорганічних каркасів, що використовуються для нанесення дорогоцінного металу на поверхню електрода, вчені застосували куркумін.
Дослідники відзначають, що завдяки унікальній структурі ця речовина стабілізувала частинки золота розміром близько 2 нм, утворюючи навколо них пористу мережу. За словами авторів роботи, електролітичне осадження вимагало в сто разів нижчого струму, ніж раніше.
Дослідники відзначають високу стабільність (більше 200 циклів електроокислення), легкість перенесення електронів і високу каталітичну активність розробленого ними паливного елемента. Крім того, електрод продемонстрував низьку енергію активації при електроокисленні як етанолу, так і метилового спиртів.
Вчені додають, що без покриття з куркуміну наночастинки золота укрупнюються, скорочуючи площу поверхні, схильну до хімічної реакції.
“Без цього куркумінового покриття продуктивність буде поганою. Нам потрібно це покриття, щоб стабілізувати частинки і створити пористе середовище навколо них, після чого золото відмінно справляється з окисленням спирту”, – говорить Аппарао Рао, співавтор дослідження, професор фізики та директор Інституту наноматеріалів Університету Клемсона
Паливні елементи генерують електрику в результаті хімічної реакції, а не згоряння. На сьогодні вони використовуються в багатьох галузях, наприклад, в транспортних засобах, портативних електронних пристроях і системах резервного живлення.
Водневі паливні елементи дуже ефективні і не виробляють парникових газів. Однак, як відзначають дослідники, виробництво водню вимагає витрат енергії, коштів і впливає на навколишнє середовище. Крім того, водень, що використовується в паливних елементах, являє собою стиснутий газ, що створює проблеми при зберіганні і транспортуванні.
Одна з можливих альтернатив – використання спирту. Етанол, отриманий з кукурудзи або інших сільськогосподарських кормів, безпечніше і легше транспортувати, ніж водень, тому що він рідкий. Для створення спиртових паливних елементів, як правило, використовується платина, підкреслюють вчені. Але вона досить дорога і піддається сильному впливу побічних продуктів хімічної реакції, таких як вуглекислий газ.
«З усіх каталізаторів для окислення спирту в лужному середовищі той, який ми створили, є найкращим на сьогодні”, – зазначає Рао.
Дослідники вважають, що у створеного ними методу можуть бути й інші сфери застосування, наприклад, в якості датчика або суперконденсатора. Зараз вчені тестують свій електрод для діагностики зміни рівня дофаміну в сечі.