NIMSら，広い波長領域の可視光が利用できる水分解光触媒を開発

物質・材料研究機構（NIMS）と東京大学のグループは，従来よりも幅広い波長領域の可視光が利用できる水分解光触媒を新規に開発した（ニュースリリース）。

光触媒を用いて太陽光のエネルギーで水を水素と酸素に分解することにより，クリーンな再生可能エネルギーを創出できる。しかし，これまでに開発された水分解が可能な光触媒はそのほとんどが紫外光しか利用できず，可視光利用が可能な場合でも最長500nm程度までだった。

太陽光を高効率で利用するためには，より長波長側の光まで利用できる光触媒の開発が必要となる。そのためには，よりエネルギーの小さな光を利用できる光触媒の開発が必要となるが，この場合，水分解反応の進行のために投入できるエネルギーが小さくなるために，より高度な材料設計が求められる難易度の高い課題となっていた。

今回の研究では，電子構造が長波長吸収に適した遷移金属の酸窒化物を用いて600nmの波長まで利用できる水分解光触媒を初めて開発した。その開発手法として，既存の二つのペロブスカイト型化合物であるLaTaON₂とLaMg_2/3Ta_1/3O₃（La:ランタン，Ta:タンタル，O:酸素，N:窒素，Mg:マグネシウム）の間で固溶体を形成し，電子構造を調整した。

これによって，LaMg_1/3Ta_2/3O₂N固溶体が可視光照射により水分解反応が可能になったが，光触媒の自己分解および逆反応も併発し，定常的な水分解反応には至らなかった。これに対して，光触媒粒子表面を非晶質の含水酸化物で被覆することにより，光触媒の自己分解と逆反応を抑制し，定常的な水分解反応の進行を可能にした。この含水酸化被膜は，光触媒表面での化学反応をコントロールする役割を果たしている。

今回の研究結果は，水分解光触媒開発において有効な新規手法の確立となるもの。また，この手法を他の光触媒材料へ適応することにより，さらに高活性な光触媒の開発も期待される。

しかし，現在のところ量子収率は0.1%未満とまだ低く，太陽光エネルギーの高効率変換には至っておらず，今後さらに量子収率を高めていくことが一番大きな課題となる。また，より安価な元素から構成される光触媒の開発も必要となる。研究グループではこれらの課題解決により，太陽光による大規模水素製造がより現実的になると考えている。