Celle solari moderne, che utilizzano l'energia della luce per generare elettroni e lacune che vengono poi trasportati dai materiali semiconduttori e nei circuiti esterni per uso umano, esistono in una forma o nell'altra da oltre 60 anni. Poca attenzione è stata prestata, però, alla promessa di usare la luce per guidare un altro processo di generazione di elettricità:il trasporto di protoni e idrossidi di carica opposta ottenuti dissociando molecole d'acqua. I ricercatori in America riportano un tale disegno, che ha promettenti applicazioni nella produzione di elettricità per rendere potabile l'acqua salmastra, il 15 novembre sulla rivista Joule .

I ricercatori, guidato dall'autore senior Shane Ardo, un assistente professore di chimica, Ingegneria Chimica, e Scienza dei Materiali presso l'Università della California, Irvine, scrivere che hanno realizzato un "analogo ionico alla cella solare elettronica a giunzione pn, " sfruttando la luce per sfruttare il comportamento simile a un semiconduttore dell'acqua e generare elettricità ionica. Sperano di utilizzare un tale meccanismo per produrre un dispositivo che desalinerebbe direttamente l'acqua salata dopo l'esposizione alla luce solare.

"C'erano stati altri esperimenti risalenti agli anni '80 che fotoeccitavano i materiali in modo da far passare una corrente ionica attraverso di essi, e gli studi teorici hanno affermato che quelle correnti dovrebbero essere in grado di raggiungere gli stessi livelli dei loro analoghi elettronici, ma nessuno di loro ha funzionato così bene, " dice il primo autore William White, uno studente laureato nel gruppo di ricerca di Ardo.

In questo caso, i ricercatori hanno ottenuto più successo consentendo all'acqua di permeare attraverso due membrane a scambio ionico, uno che trasportava principalmente ioni caricati positivamente (cationi) come i protoni e uno che trasportava principalmente ioni caricati negativamente (anioni) come gli idrossidi, funzionando come una coppia di porte chimiche per ottenere la separazione di carica. Puntare un laser sul sistema ha spinto le molecole di colorante organico sensibili alla luce legate alla membrana a liberare protoni, che poi trasportato al lato più acido della membrana e ha prodotto una corrente ionica misurabile e tensioni di oltre 100 mV in alcuni casi (60 mV in media).

Nonostante a volte superi la soglia di fototensione di 100 mV, il livello di corrente elettrica che il sistema a doppia membrana può raggiungere rimane il suo principale limite. La fototensione dovrebbe essere ingrandita di più di un altro fattore di due per raggiungere il segno di ~ 200 mV necessario per desalinizzare l'acqua di mare, un obiettivo che i ricercatori sono ottimisti sul raggiungimento.

"Tutto si riduce alla fisica fondamentale di quanto tempo i portatori di carica persistono prima di ricombinarsi per formare acqua, " dice Ardo. "Conoscendo le proprietà dell'acqua, siamo in grado di progettare in modo più intelligente una di queste interfacce a membrana bipolare in modo da poter massimizzare la tensione e la corrente."

A lungo termine, la desalinizzazione è solo una possibile applicazione della pompa protonica sintetica azionata dalla luce sviluppata dai ricercatori. Potrebbe anche avere il potenziale per l'interfacciamento con dispositivi elettronici, o anche per alimentare la segnalazione nelle interfacce cervello-macchina e in altre "cellule cyborg" che combinano tessuti viventi e circuiti artificiali, un ruolo che non può essere ricoperto dalle tradizionali celle solari, che sono instabili nei sistemi biologici.

"Abbiamo avuto molte idee su cosa potrebbe essere utilizzata questa tecnologia; è solo una questione di imparare abbastanza per attraversare i campi e far funzionare il dispositivo per quelle applicazioni previste, " dice Ardo. "Penso che questo sia solo un altro esempio di ciò che si può fare quando si hanno scienziati formati in molte discipline e che pensano fuori dagli schemi".