详细的能量转换平衡极限为光化学功率转换装置的设计规则提供了重要信息。在此，加利福尼亚大学尔湾分校S. Ardo模拟了太阳光到质子功率转换的效率，其中液态水用作质子半导体。
本文要点：
1) 模型包括基于Förster循环的质子转移过程，其速率常数遵循经验Brønsted关系，其中双分子反应受到控制。基于相关物理模型参数，当光酸（光碱）染料具有pKa（pKb）≥14和pKa*（pKb*）≤0的酸度（碱度）时，达到最大功率转换条件。此外，作者发现更长的激发态寿命导致pK*值范围的增加，从而产生显著的质子准化学势。之所以会发生这种情况，是因为具有高达~1µs的激发态寿命，从而为进行激发态质子转移提供了更多时间。
2)模拟还表明，光酸/光碱染料的总浓度对质子准化学势表现出两种竞争效应。染料浓度的降低会导致光吸收减少，从而使H+（aq）和OH–（aq）的稳态浓度变化较小，同时也会增加pK值的范围，从而导致准化学势的显著变化。总的来说，这些结果定义了太阳光到质子功率转换的有效参数，并将有助于指导研究人员设计和开发用于光驱动质子泵的光酸/光碱染料。
Gabriel S. Phun et.al Detailed-balance limits for sunlight-to-protonic energy conversion from aqueous photoacids and photobases based on reversible mass-action kinetics EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE00710C
https://doi.org/10.1039/D3EE00710C
