大力水手会批准：菠菜可能是可再生燃料电池催化剂的关键

当谈到制造高效燃料电池时，关键在于催化剂。一个好的催化剂将导致更快、更有效的化学反应，从而增加能量输出。今天的燃料电池通常依赖于铂基催化剂。但是，美国大学的科学家们相信，菠菜--因为它富含营养而被认为是超级食品--会成为一种极好的富含碳的可再生催化剂，这是根据他们最近在“美国医学会欧米茄”杂志上发表的一篇论文中所描述的原理实验得出的结论。大力水手肯定会赞成的。

利用菠菜的光合作用特性的想法已经存在了大约40年。菠菜资源丰富，价格便宜，易于种植，并且富含铁和氮。很多(很多！)。几年前，作为一名崭露头角的年轻科学作家，我参加了物理学家埃利亚斯·格林鲍姆(当时在橡树岭国家实验室)关于他与菠菜相关的研究的一次会议演讲。具体地说，他对菠菜叶片中以蛋白质为基础的反应中心感兴趣，这些反应中心是光合作用的基本机制-植物将二氧化碳转化为氧气和碳水化合物的化学过程。

有两种类型的反应中心。一种被称为光系统1(PS1)，将二氧化碳转化为糖；另一种类型，光系统2(PS2)，将水分解产生氧气。科学上的兴趣主要集中在PS1上，它的作用就像一个微型的光敏电池，从阳光中吸收能量，并以近100%的效率发射电子。从本质上说，来自阳光的能量将水转化为氧分子、带正电的氢离子和自由电子。然后这三个分子结合在一起形成一个糖分子。PS1能够在几分之一秒内产生光致电流。

诚然，这不是一个巨大的电力，但它足以运行一天的小分子机器。格林鲍姆的工作为建造人造视网膜带来了希望，例如，用光敏PS1取代受损的视网膜细胞，以恢复那些患有退行性眼睛疾病的人的视力。由于PS1可以被调整成像二极管一样的行为，向一个方向传递电流，而不是另一个方向传递电流，如果人们可以通过碳纳米管制成的分子大小的导线将它们连接起来，它们就可以用来构建初级计算机处理器的逻辑门。

格林鲍姆只是众多对菠菜电化学性质感兴趣的研究人员之一。例如，2012年，范德比尔特大学(Vanderbilt University)的科学家将PS1与硅相结合，获得了比将蛋白质中心沉积在金属上时高出近1000倍的电流水平，同时电压也略有上升。他们的目标是最终制造出能够在电压和电流水平上与标准硅太阳能电池竞争的生物混合太阳能电池。中国研究人员2014年的一篇论文报告了从菠菜中收集活性炭用于电容器电极的实验，而就在去年12月，另一组中国科学家研究了以菠菜为基础的纳米复合材料作为光催化剂的潜力。