现代太阳能电池可利用光能产生电子和电洞，然后由半导体材料传输到外部电路，供人们使用。但很少有人关注另一种由光能驱动的发电形式，即通过分解水分子得到带相反电荷的质子和氢氧化物。近日，美国研究人员在《焦耳》杂志上报道了一种新设计，它在发电和咸水淡化方面具有很好的应用前景。
该研究高级作者、加州大学欧文分校助理教授Shane Ardo表示，他们制作了一种“离子模拟的电子P-N结太阳能电池”，能利用光能激发水的半导体特性，从而产生离子电。他们希望利用该机理制造一种可以直接在阳光照射下进行海水淡化的设备。
在新研究中，研究人员将水通过两种离子交换膜，其中一种膜主要运输正电荷离子的质子，另一种主要运输负电荷离子，如氢氧化物，它们就像一对“化学门”使电荷分离。然后，研究人员再使用激光照射系统，使光敏的有机染料分子结合在膜上，继而解放质子。随后这些质子被运输到膜的酸性侧，产生最高可超过100 mV的离子电流(平均60 mV)。
尽管除了偶尔出现的超过100 mV阈值的情况，该双膜系统可达到的电流水平仍是其目前的主要限制。若要实现海水淡化，光伏电压必须被放大到200 mV，但是研究人员对实现此目标十分乐观。“了解水的特性，我们就能更好地设计这些双极膜界面，以最大限度地提高电压和电流。”Ardo说。
从长远来看，海水淡化只是研究人员开发的合成光驱动质子泵的应用之一。它也可能用于连接电子设备，为脑机接口提供信号，甚至能给一些结合了活体组织和人工回路的“人造细胞”提供能量。
来源：中国科学报
