光触媒材料を用いた水分解系において、異なる２種類の光触媒を可逆な電子伝達体を介して組み合わせて、水素生成と酸素生成を別々に進行させる、「二段階励起型水分解系」の研究を進めています。二段階励起型水分解系は世界中で研究がなされており、これまで主に、ヨウ素や鉄系の電子伝達体が使われてきました。ただし、反応の速度、反応溶液のpHが限定されるなど、それぞれに課題がありました。ポリオキソメタレート（分子性金属酸化物クラスター）材料を光触媒間の電子伝達体として新規に用いることによって、水を水素と酸素に量論的に分解することに成功するとともに、光利用効率をさらに上げる研究を進めています。
次世代のエネルギーキャリアとして水素が注目されています。水素を製造する代表的な手法ではエネルギー源として化石燃料を使いますが、光触媒材料を用いることによって、光エネルギーを駆動力として水から水素を製造することが可能です。将来に結びつくような研究として、身近な物質である水から水素を合成するのは面白そうだと思いました。
「二段階励起型水分解系」は、水素生成系光触媒、酸素生成系光触媒、電子伝達体の３つの要素から構成されますが、適用することが可能な電子伝達体は限られてきました。可視光を有効に利用することが可能な光触媒の開発と並んで、新規な電子伝達体の開発が強く求められており、ここに可能性を見出しました。
この研究の社会実装が進めば、日常生活でのエネルギー循環が変わります。水から水素をつくり、水素をつかって身近なエネルギーをつくる、貯蓄型のエネルギー生活が可能になります。
本研究で用いているポリオキソメタレートは、反応溶液に溶けた状態で作用する「均一系」の材料です。一方、光触媒材料は固体であり、反応溶液に分散した状態で作用する「不均一系」の材料です。高効率な電子伝達を可能とする水分解系の構築に向けて、水溶液中の界面の電荷移動に関して検証すること、基礎科学的にはそこが面白いと考えています。
本水分解系では、酸素生成系光触媒表面で電子伝達体の酸化体の還元、水素生成系で電子伝達体の還元体の酸化が選択的に起こることが強く望まれます。光触媒材料の表面構造を知ることと、ポリオキソメタレートの構造制御によって、電子伝達体の酸化還元に関する選択性を向上させることができれば、さらに効率を向上させることができると考えています。一つの分野の知見だけで研究を進めるよりは、表面化学、無機材料、化学工学、社会科学など色々な分野と連携し、複合的に、様々な観点でディスカッションしながら研究を進めたいと考えています。
