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【坂口至徳の科学の現場を歩く】次世代エネ加速…世界初「可視光」で水素を生成、阪大の産研が高効率の光触媒

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【坂口至徳の科学の現場を歩く】
次世代エネ加速…世界初「可視光」で水素を生成、阪大の産研が高効率の光触媒

黒リン(BP)、チタン酸ランタン(LTO)、金ナノ粒子(Au)の3物質からなる光触媒の電子顕微鏡写真(大阪大学産業科学研究所提供) 黒リン(BP)、チタン酸ランタン(LTO)、金ナノ粒子(Au)の3物質からなる光触媒の電子顕微鏡写真(大阪大学産業科学研究所提供)

 太陽光エネルギーを受けて水から水素をつくり出す光触媒は、二酸化炭素(CO2)を出さないクリーンな水素の使用が主力になる時代に欠かせない材料だ。このため、実用化に見合う性能に向上する研究が各国で進んでいる。その中で大きな課題のひとつは、太陽光に含まれる紫外光、可視光、近赤外光という異なる波長の光のエネルギーをすべて吸収して水素を生産する効率を高めることにある。なぜなら、これまでの光触媒のほとんどが利用している光は、太陽光全体の3-4%に過ぎない紫外光のみ。44%を占める可視光、52%の近赤外光は吸収できなかったからだ。

■黒リンなど3材料の複合体

 大阪大学産業科学研究所の真嶋哲朗教授らの研究グループは、リン(P)の一種で幅広い波長の光を吸収する黒リン(BP)という物質などを使った光触媒を開発。可視光や近赤外光にも応答し、水からの水素生成を効率よく起こすことに初めて成功した。太陽光を無駄なく利用し、実用化するための突破口を拓(ひら)く技術開発につながりそうだ。

 光触媒は光の照射により、化学反応を進める触媒の作用があり、水を分解して水素と酸素を出したり、壁に付いたゴミなど有機物を分解したりする作用もある。代表的な物質は、本多・藤島効果で知られる二酸化チタン(TiO2)だ。

 研究グループは、次世代の半導体材料としても注目されている黒リンが、表面積の広い層状の構造をしていて、波長が短い紫外光から可視光、そして近赤外光まで強く吸収することに着目。黒リンと、層状構造のチタン酸ランタン(La2Ti2O7)という物質を重ねて超薄膜をつくり、さらに可視光を吸収する数ナノ(10億分の1)メートルサイズの金ナノ粒子を加えて、3種の物質の複合体をつくった(写真参照)。

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