Células solares modernas, que usam a energia da luz para gerar elétrons e buracos que são transportados de materiais semicondutores para circuitos externos para uso humano, existem de uma forma ou de outra há mais de 60 anos. Pouca atenção foi dada, Contudo, à promessa de usar a luz para conduzir outro processo de geração de eletricidade - o transporte de prótons e hidróxidos com cargas opostas obtidos pela dissociação de moléculas de água. Pesquisadores na América relatam tal projeto, que tem uma aplicação promissora na produção de eletricidade para tornar potável a água salobra, em 15 de novembro no jornal Joule .

Os pesquisadores, liderado pelo autor sênior Shane Ardo, um professor assistente de química, Engenheiro químico, e Ciência de Materiais na Universidade da Califórnia, Irvine, escrevem que eles criaram um "análogo iônico para a célula solar de junção pn eletrônica, "Aproveitar a luz para explorar o comportamento semelhante a um semicondutor da água e gerar eletricidade iônica. Eles esperam usar esse mecanismo para fabricar um dispositivo que dessalinizaria diretamente a água salgada após a exposição à luz solar.

"Houve outros experimentos que datam da década de 1980 que fotoexcitaram materiais de modo a passar uma corrente iônica através deles, e estudos teóricos diziam que essas correntes deveriam ser capazes de atingir os mesmos níveis que seus análogos eletrônicos, mas nenhum deles funcionou tão bem, "diz o primeiro autor William White, aluno de pós-graduação do grupo de pesquisa de Ardo.

Nesse caso, os pesquisadores obtiveram mais sucesso ao permitir que a água penetre através de duas membranas de troca iônica, um que transportou principalmente íons carregados positivamente (cátions) como prótons e um que transportou principalmente íons carregados negativamente (ânions) como hidróxidos, funcionando como um par de portas químicas para obter a separação de carga. O brilho de um laser no sistema levou as moléculas de corante orgânico sensíveis à luz ligadas à membrana para liberar prótons, que então se transportou para o lado mais ácido da membrana e produziu uma corrente iônica mensurável e tensões de mais de 100 mV em alguns casos (60 mV em média).

Apesar de cruzar o limite de fotovoltagem de 100 mV às vezes, o nível de corrente elétrica que o sistema de membrana dupla pode atingir continua sendo sua principal limitação. A fotovoltagem precisaria ser ampliada em mais do que outro fator de dois para atingir a marca de ~ 200 mV necessária para dessalinizar a água do mar, um alvo que os pesquisadores estão otimistas em acertar.

"Tudo se resume à física fundamental de quanto tempo os portadores de carga persistem antes de se recombinarem para formar água, "Ardo diz." Conhecendo as propriedades da água, somos capazes de projetar de forma mais inteligente uma dessas interfaces de membrana bipolar para que possamos maximizar a tensão e a corrente. "

A longo prazo, a dessalinização é apenas uma das aplicações possíveis da bomba de prótons acionada por luz sintética desenvolvida pelos pesquisadores. Também pode ter potencial para interface com dispositivos eletrônicos, ou mesmo para alimentar a sinalização em interfaces cérebro-máquina e outras "células ciborgues" que combinam tecido vivo e circuito artificial, uma função que não pode ser preenchida por células solares tradicionais, que são instáveis ​​em sistemas biológicos.

"Tivemos muitas ideias sobre para que essa tecnologia poderia ser usada; é apenas uma questão de aprender o suficiente para cruzar os campos e fazer o dispositivo funcionar para as aplicações pretendidas, "diz Ardo." Acho que este é apenas mais um exemplo do que você pode fazer quando você tem cientistas que são treinados em muitas disciplinas e pensam fora da caixa. "