Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне, Тель-Авивского университета в Израиле и других учреждений разработали новый тип ионного насоса, который позволяет заряженным молекулам проходить через его мембрану с помощью быстро переключаемых низковольтных сигналов. Этот "ионный насос на основе храпового механизма" не имеет движущихся частей и не требует химических реакций.

Этот ионный насос открывает новые возможности для опреснения морской воды, извлечения ионов лития из морской воды, удаления тяжелых металлов из питьевой воды, переработки батарей и биомедицинских применений. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.

Управление движением заряженных молекул в жидкости лежит в основе промышленной очистки воды и функций биологических клеток. Традиционные инженерные ионные насосы зависят от высокоэнергоемких электрохимических процессов, что ограничивает их эффективность и увеличивает стоимость. Команды из Калифорнийского университета в Ирвайне и Тель-Авивского университета продемонстрировали другой подход: их ионный насос, основанный на храповом механизме, использует свойства границы раздела металла и жидкого электролита для создания ионного тока. Нанося сверхтонкие слои металла на обе стороны нанопористой изолирующей пластины и быстро модулируя напряжение, устройство генерирует устойчивый направленный поток ионов.

"Устройства с храповым механизмом — это неравновесные устройства, которые используют управляемые по времени входные сигналы и пространственную асимметрию для создания стационарного потока частиц", — говорит соавтор исследования, профессор химии Калифорнийского университета в Ирвайне Шейн Ардо. "Комбинация структурной асимметрии с уникальными наномасштабными свойствами границы раздела металл-электролит обеспечивает необходимые элементы для работы храпового механизма."

Исследователи показали, что этот ионный поток может сохраняться, преодолевая обратные силы. Они создали систему электроуправляемой деионизации без движущихся частей или электрохимических реакций, которая при низком напряжении обеспечила удаление 50% соли.

Команда подчеркивает, что долгосрочной целью является ультраселективное разделение ионов — сортировка ионов с одинаковым зарядом на основе различий в их реакции на электрическое поле. "Селективное разделение может быть использовано в различных приложениях, таких как более эффективная очистка питьевой воды, извлечение ионов лития из морской воды, биомедицинские устройства и переработка материалов батарей", — говорит соавтор исследования, доцент кафедры электротехники Тель-Авивского университета Гидеон Сегев.

"Способность удалять следовые количества ионов из жидкости может иметь важное значение для обработки воды, загрязненной тяжелыми металлами", — добавляет он. "Например, даже несколько ионов свинца на миллиард частиц воды могут повлиять на ее качество. Технология, способная удалять эти ионы, не извлекая необходимые минералы, может помочь улучшить доступ к безопасной воде для населения во всем мире."

Детали публикации: Автор: Брайан Белл, Калифорнийский университет в Ирвайне; Название: «First-of-its-kind ion pump developed for seawater desalination, energy and biomedical applications»; Опубликовано в: Nature Materials (2026).