取組み内容

我々の研究室では、人工光合成の実現に向けた光触媒の開発を目指しています。植物の光合成では、光のエネルギーを利用して、水と二酸化炭素から高エネルギー物質(糖など)を作り出しています。したがって、人工光合成とは、「光のエネルギーを利用して高エネルギー物質を人工的に作り出すこと」と広く定義できます。このような観点から、光触媒を用いた水からの水素製造や二酸化炭素の資源化を人工光合成と呼ぶことができます。

光触媒とは、簡単にいうと,光を吸収して酸化還元反応を引き起こす化合物です。我々の研究では、光触媒材料として半導体無機化合物を扱っており、太陽光スペクトルの幅広い波長の光を効率良く利用できる光触媒の開発に取り組んでいます。

石炭、石油などの化石燃料も大昔の太陽エネルギーが蓄積されたものです。結局のところ、人類は太陽エネルギーに頼って生活しているわけです。人工光合成は、「今」の太陽エネルギーを積極的に利用し、地球規模のエネルギー・環境問題に貢献しうる科学技術と言えます。人工光合成の実用化により、持続可能な社会の実現に近づくと考えられます。

光合成と人工光合成との比較:人工光合成研究では,植物の光合成をそのまま人工的に行うことを目指しているわけではない。光合成を「太陽光の利用」「エネルギー蓄積型の反応(高エネルギー化合物の生成)」という視点で捉えると、人工光合成の本質を理解しやすい。
様々な光触媒材料:研究で使用している光触媒は写真のような粉体の形状をしている。可視光をすべて反射する粉は白く見える。吸収できる可視光の波長が長くなるにつれて、粉の色は黄色,橙色,赤色と変化し、可視光をすべて吸収する場合には黒色となる。
光触媒調製の様子:光触媒のもっとも一般的な合成法である固相法では、原料の粉末同士を乳鉢でよく混ぜた後、電気炉で焼成する。長いときには1時間以上も混ぜ続ける必要があり、体力、握力の必要な作業である。
光触媒反応実験の様子:黒い物体が光源であり、アルミホイルで覆われたガラス製の反応管に上から光を照射している。反応管内には反応溶液と光触媒粉末が入っており、発生した気体は接続されている分析装置(ガスクロマトグラフ)によって定量される。