Medan konstgjorda löv lovar som ett sätt att ta ut koldioxid - en potent växthusgas - ur atmosfären, det finns en "mörk sida av konstgjorda löv som har förbisetts i mer än ett decennium, " enligt Meenesh Singh, biträdande professor i kemiteknik vid University of Illinois vid Chicago College of Engineering.

Konstgjorda löv fungerar genom att omvandla koldioxid till bränsle och vatten till syre med hjälp av energi från solen. De två processerna sker separat och samtidigt på vardera sidan av en solcellscell:syret produceras på den "positiva" sidan av cellen och bränslet produceras på den "negativa" sidan.

Singh, vem är motsvarande författare till en ny tidning i ACS Applied Energy Materials , säger att nuvarande konstgjorda löv är väldigt ineffektiva. De omvandlar bara 15 % av koldioxiden de tar in till bränsle och släpper ut 85 % av det, tillsammans med syrgas, tillbaka till atmosfären.

"De konstgjorda löv vi har idag är inte riktigt redo att uppfylla sitt löfte som koldioxidavskiljande lösningar eftersom de inte fångar upp så mycket koldioxid, och faktiskt, släpper ut merparten av den koldioxidgas som de tar in från den syreutvecklande "positiva" sidan, " sa Singh.

Anledningen till att konstgjorda löv släpper så mycket koldioxid tillbaka till atmosfären har att göra med var koldioxiden går i den fotoelektrokemiska cellen.

När koldioxid kommer in i cellen, den färdas genom cellens elektrolyt. I elektrolyten, den lösta koldioxiden förvandlas till bikarbonatanjoner, som går över membranet till den "positiva" sidan av cellen, där syre produceras. Denna sida av cellen tenderar att vara mycket sur på grund av att vatten spjälkas till syrgas och protoner. När bikarbonatanjonerna interagerar med den sura elektrolyten på den anodiska sidan av cellen, koldioxid produceras och frigörs med syrgas.

Singh noterade att ett liknande fenomen med frisättning av koldioxid som inträffar i det konstgjorda bladet kan ses i köket när bakpulver (bikarbonatlösning) blandas med vinäger (sur lösning) för att frigöra ett sus av koldioxidbubblor.

För att lösa det här problemet, Singh, i samarbete med Caltech-forskarna Meng Lin, Lihao Han och Chengxiang Xiang, utvecklat ett system som använder ett bipolärt membran som hindrar bikarbonatanjonerna från att nå den "positiva" sidan av bladet samtidigt som de neutraliserar den producerade protonen.

Membranet placerat mellan de två sidorna av den fotoelektrokemiska cellen håller koldioxiden borta från den sura sidan av bladet, förhindrar dess flykt tillbaka till atmosfären. Konstgjorda löv som använder detta specialiserade membran förvandlade 60 % till 70 % av koldioxiden de tog in till bränsle.

"Vårt fynd representerar ytterligare ett steg i att göra konstgjorda löv till verklighet genom att öka användningen av koldioxid, " sa Singh.

Tidigare i år, Singh och kollegor publicerade en artikel i ACS Sustainable Chemistry &Engineering, där de föreslog en lösning på ett annat problem med konstgjorda löv:nuvarande modeller använder trycksatt koldioxid från tankar, inte atmosfären.

Han föreslog ett annat specialiserat membran som skulle göra det möjligt för bladen att fånga upp koldioxid direkt från atmosfären. Singh förklarar att denna idé, tillsammans med resultaten som rapporteras i denna aktuella publikation om att använda fler av koldioxidavskiljarna, bör bidra till att tekniken för konstgjorda löv blir fullt implementerbar.