酸素水力発電効果

酸素水力発電効果とは、ナフィオンなどの強力な親水性ポリマーによって液体の水に物理的（化学的ではない）非対称性を作り出した後、赤外線領域の電磁放射にさらすと、電解質を含まない純粋な液体の水に電圧と電流が発生することである。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

最初の画期的な研究が発表されて以来、この効果に言及した他の独立した研究が、科学的な査読を受けた評判の良い学術誌（それぞれの分野の中央値よりも高いインパクトファクターを持つ）に掲載されてきました。 ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

このシステムは、半導体ではなく液体の水をベースにした、赤外線電磁波範囲で動作する太陽電池と言えます。

理論モデル

この効果を初めて観測したロベルト・ジェルマーノとその共同研究者らによって提唱されたモデル^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}は、既知の排除領域の概念に基づいています。容器の壁に近い水分子の挙動の違いに関する最初の観測は、1960年代後半から1970年代初頭に遡ります。当時、ウォルター・ドロスト＝ハンセンは多くの実験論文を検討した結果、界面水はバルクの液体水とは構造的に異なるという結論に達しました。^{[ 9 ] [ 10 ]}

2006年にジェラルド・ポラックは立入禁止区域に関する画期的な研究を発表し^{[ 11 ]}、その後、それらの観察結果は他のいくつかのグループによって報告され^{[ 12 ] [ 13 ]} 、いずれも親水性物質の表面とバルク水との境界に形成される コヒーレントな水領域の観察を報告している。

ポラックの研究をさらに発展させたこのモデルは、液体の水を二つの相からなる系として記述しています。一つは非コヒーレンスな水分子のマトリックスで、そこには約0.1μmの大きさの「コヒーレンスドメイン」（CD）が多数存在し、これらは排除領域だけでなくバルク体積にも存在します。このモデルでは、コヒーレンスドメインの挙動が乾性シドリルの形成原因とも考えられています。

これら 2 つの相は、異なる熱力学的パラメータによって特徴付けられ、安定した非平衡状態にあります。

コヒーレント位相は量子状態、特に電子がしっかりと束縛された基本状態（イオン化エネルギー12.60 eV）と、準自由電子配置を特徴とする励起状態との間で振動する状態によって記述される。励起状態のエネルギーは12.06 eVであり、これは(12.60 - 12.06) eV = 0.54 eV（赤外線領域）というわずかなエネルギーで電子を取り出すことができることを意味する。

そして、一定の温度で分子密度が閾値を超える場合、非コヒーレント水分子はコヒーレンス状態へと自発的に遷移します。これは、系を低エネルギー構成へと駆動するためです。より正確には、ほぼ自由電子は(0.54 - Χ) eVのエネルギー障壁を越えなければなりません。ここで、Χ ~ 0.1 eVは、非コヒーレント水とのCD境界における電位差です。電子抽出に必要なこのわずかなエネルギー（約0.44 eV）により、コヒーレント水は準自由電子の貯蔵庫となり、赤外線刺激、量子トンネル効果、あるいは小さな外部摂動によって容易に放出されます。

異なる電位を持つ2つの水相は、半導体ベースの太陽電池の2つの構成要素として機能します。そして、特許に記載されているセルでは、^{[ 3 ]} 2つのセクターのうちの1つに親水性材料のシートがあり、これにより、そのセクターには、もう一方のセクターに対して（より）コヒーレントなドメインが形成されます。

研究

^{この効果に関する研究は、ジェルマーノ氏の「技術移転会社」Promete srl [ 14 ]}のサイドプロジェクトとして開始され 、2023年からはこの研究分野をさらに発展させることを目的として設立されたスタートアップ企業Oxhy srl ^{[ 15 ]}で実施されています。

注記

1. Germano; Tontodonato; Hison; Cirillo; Tuccinardi (2012). 「酸化水力発電効果：双電極による水からの発電」. Key Engineering Materials . 495 : 100–103 . doi : 10.4028/www.scientific.net/KEM.495.100 .
2. V. Elia, R. Germano; C. Hison, E. Del Giudice (2013). 「二回蒸留水における酸化水力発電効果」. Key Engineering Materials . 543 : 455–459 . doi : 10.4028/www.scientific.net/KEM.543.455 . S2CID 94391774 . 
3. イタリア ITRM20120223A1、Vittorio Elia & Roberto Germano、「水から電気を抽出するための手順と装置」、2013年11月18日公開、2012年5月17日発行 
4. Ho, Mae-Wan (2014). 「水と生命を照らす」 .エントロピー. 16 (9): 4874– 4891. Bibcode : 2014Entrp..16.4874H . doi : 10.3390/e16094874 .
5. Musumeci; Pollack (2014). 「水–白金界面における超純水の高い電気誘電率」 . Chemical Physics Letters . 613 : 19– 23. Bibcode : 2014CPL...613...19M . doi : 10.1016 / j.cplett.2014.08.051 . PMC 4170795. PMID 25258452 .  
6. Jiang; Liu; Amos Yinnon; Kong (2017). 「マイクロ流体デバイスにおける界面のダイナミクスへの影響：滑り境界が極性液体膜モーターの回転特性に与える影響」. Commun. Theor. Phys . 67 (5): 577– 589. arXiv : 1404.5136 . Bibcode : 2017CoTPh..67..577J . doi : 10.1088/0253-6102/67/5/577 .
7. Jerman; Ogrizek; Periček Krapež; Jan (2023). 「超高希釈抗体によるインターフェロン-γへの分子シグナル伝達に関する物理化学的研究」 . International Journal of Molecular Sciences . 24 (15) 11961. doi : 10.3390/ijms241511961 . PMC 10418998. PMID 37569336 .  
8. Madl ; Renati (2023). 「量子電気力学のコヒーレンスとホルミシス：量子生物学の基礎」 . International Journal of Molecular Sciences . 24 (18) 14003. doi : 10.3390/ijms241814003 . PMC 10530466. PMID 37762305 .  
9. W. Drost-Hansen (1969). 「固体界面近傍の水の構造」. Ind. Eng. Chem . 61 (11): 10– 47. doi : 10.1021/ie50719a005 .
10. W. Drost-Hansen (1973). 「生物系における相転移：微地形水域における協同的プロセスの発現」. Ann. NY Acad. Sci . 204 (1): 100– 112. Bibcode : 1973NYASA.204..100D . doi : 10.1111 / j.1749-6632.1973.tb30773.x . PMID 4513148. S2CID 35243683 .  
11. GH Pollack, JM Zheng; E. Khijniak, WC Chin (2006). 「表面と界面水：親水性表面が長距離影響を及ぼす証拠」.コロイド・界面科学の進歩. 127 (1): 19– 27. Bibcode : 2006AdCIS.127...19Z . doi : 10.1016/j.cis.2006.07.002 . PMID 16952332 . 
12. CM Wu, CS Chen; WC Chin, Chung, W.-J (2011). 「水の排除区域内における力場測定」 . Journal of Biological Physics . 38 (1): 113– 120. doi : 10.1007/ s10867-011-9237-5 . PMC 3285724. PMID 23277674 .  
13. イヴァン、K.、フザール、I.;ケラーマイヤー、M.、マートンファルヴィ、Z. (2014)。「マイクロ流体工学と光ピンセットで探る排除ゾーンのダイナミクス」。エントロピー。16 (8): 4322–4337。Bibcode : 2014Entrp..16.4322H。土井: 10.3390/e16084322。
14. プロメテsrl
15. オキシー株式会社