Moderna solceller, som använder energi från ljus för att generera elektroner och hål som sedan transporteras ut ur halvledande material och in i externa kretsar för mänskligt bruk, har funnits i en eller annan form i över 60 år. Lite uppmärksamhet har ägnats, dock, till löftet om att använda ljus för att driva en annan elgenererande process - transporten av motsatt laddade protoner och hydroxider som erhålls genom att dissociera vattenmolekyler. Forskare i Amerika rapporterar en sådan design, som har en lovande tillämpning för att producera el för att göra bräckt vatten drickbart, den 15 november i tidningen Joule .

Forskarna, ledd av seniorförfattaren Shane Ardo, en biträdande professor i kemi, Kemiteknik, och materialvetenskap vid University of California, Irvine, skriva att de har skapat en "jonisk analog till den elektroniska pn-junction solcellen, " utnyttjar ljus för att utnyttja det halvledarliknande beteendet hos vatten och generera jonisk elektricitet. De hoppas kunna använda en sådan mekanism för att tillverka en enhet som direkt skulle avsalta saltvatten vid exponering för solljus.

"Det hade gjorts andra experiment från 1980 -talet som fotoexciterade material för att passera en jonström genom dem, och teoretiska studier sa att dessa strömmar borde kunna nå samma nivåer som deras elektroniska analoger, men ingen av dem fungerade så bra, " säger första författaren William White, en doktorand i Ardos forskargrupp.

I detta fall, forskarna uppnådde mer framgång genom att låta vatten tränga igenom två jonbytarmembran, en som mestadels transporterade positivt laddade joner (katjoner) som protoner och en som mestadels transporterade negativt laddade joner (anjoner) som hydroxider, fungerar som ett par kemiska grindar för att uppnå laddningsseparation. Att lysa en laser på systemet fick ljuskänsliga organiska färgämnesmolekyler bundna till membranet för att frigöra protoner, som sedan transporterades till den surare sidan av membranet och producerade en mätbar jonström och spänningar på över 100 mV i vissa fall (60 mV i genomsnitt).

Trots att man ibland har passerat 100 mV-tröskeln för fotospänning, nivån av elektrisk ström som dubbelmembransystemet kan uppnå förblir dess främsta begränsning. Fotospänningen skulle behöva förstoras med mer än ytterligare en faktor två för att nå ~200 mV-märket som krävs för att avsalta havsvatten, ett mål som forskarna är optimistiska om att nå.

"Allt beror på den grundläggande fysiken för hur länge laddningsbärarna kvarstår innan de åter kombineras för att bilda vatten, "Säger Ardo." Genom att känna till vattnets egenskaper, vi kan mer intelligent designa ett av dessa bipolära membrangränssnitt så att vi kan maximera spänningen och strömmen."

I det långa loppet, avsaltning är bara en möjlig tillämpning av den syntetiska ljusdrivna protonpumpen som utvecklats av forskarna. Det kan också ha potential för gränssnitt med elektroniska enheter, eller till och med för att driva signalering i hjärn-maskin-gränssnitt och andra "cyborgceller" som kombinerar levande vävnad och artificiell kretslopp, en roll som inte kan fyllas av traditionella solceller, som är instabila i biologiska system.

"Vi har haft många idéer om vad den här tekniken skulle kunna användas till; det är bara en fråga om att lära sig tillräckligt för att korsa mellan fält och få enheten att fungera för de avsedda tillämpningarna, " säger Ardo. "Jag tror att det här bara är ytterligare ett exempel på vad du kan göra när du har forskare som är utbildade inom många discipliner och tänker utanför ramarna."