人工光合成が太陽光電池を超えるか - 水から水素が高効率で生成可能に

大阪大学(阪大)は、黒リン、グラファイト状窒化炭素との2成分からなる完全金属フリー光触媒を開発し、可視光・近赤外光の照射によって、水からの水素の高効率生成に成功したと発表した。

黒リンとグラファイト状窒化炭素の2成分複合体からなる光触媒の透過型電子顕微鏡写真 (出所:大阪大学Webサイト)

同成果は、大阪大学産業科学研究所の真嶋哲朗 教授、藤塚守 准教授らの研究グループによるもの。詳細は米国の学術誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載された。

現在の太陽光エネルギー(主に太陽電池)のコストは化石燃料と比較して高価なため、十分に広まっていない。そこで、太陽光エネルギーを利用して水素を高効率に製造できる光触媒の開発が望まれていた。

今回の研究では、紫外・可視光のみならず近赤外光にも強い吸収をもつ層状の黒リンと、数層からなるg-C3N4との2成分からなる複合体を合成。この複合体に可視光・近赤外光を照射し、複合体の光触媒作用によって、水から水素が効率的に生成できることを確認した。

また、この複合体において、黒リンが可視光・近赤外光に応答する光増感剤として働き、g-C3N4が可視光に応答する光増感剤として働くこと、ならびに黒リンとg-C3N4はともに層状構造のためその界面を形成しやすく界面間での電荷移動が容易になりその結果電荷分離が効率的に進行すること、特に、これらとの界面にP-N結合が生成して電子捕捉部位となり、水から水素が生成することが明らかになったという。

今回の成果を受けて研究グループは、次世代エネルギーとして検討されている、水素を基本とするエネルギー社会(水素社会)において、その根幹となる、太陽光による水素製造の実現へつながること、同時に環境問題の解決にも大きく貢献することが期待されるほか、水素を再生可能なエネルギーである太陽光と水から効率的に製造できれば、化石燃料社会から水素をエネルギー源とする水素社会への移行が現実のものとなるとコメントしている。



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