神大，ペロブスカイトで自己修復型光触媒を実現

神戸大学の研究グループは，次世代太陽電池材料として注目されている有機無機ペロブスカイトを用いて，損傷した部位が自発的に修復する自己修復型光触媒を実証した（ニュースリリース）。

地球温暖化をはじめとする環境問題への関心の高まりに伴い，サーキュラーエコノミーの実現に向けた研究が世界中で活発に進められている。その実現に向けた方策のひとつとして，材料に自己修復能力を付与することが挙げられる。

これまで，ゲルなどの高分子材料や光電極材料などを対象に，自己修復に関する研究が進められてきた。しかし，これらの材料が自己修復するには，材料同士を接触させることや電圧を印加するなど，外部からエネルギーを加える必要があった。

研究グループは，次世代太陽電池材料として注目されている有機無機ペロブスカイトをモデル材料として用いた。水素イオンやハロゲン化物イオンを含む水溶液中にペロブスカイトが飽和した条件下において，外部刺激を必要としない自己修復反応を実現した。さらに，この反応が，水素生成光触媒反応に適用可能であることを実証した。

有機無機ペロブスカイトは，水素生成光触媒としての応用が注目されていることから，今回の研究ではまず光照射が結晶の損傷に及ぼす影響を評価した。蛍光顕微鏡を用いて光照射下での結晶形状や発光波長の変化を1粒子レベルで観測したところ，照射時間が長くなるにつれて結晶が損傷することが明らかになった。

この過程をX線を利用した測定によって詳しく解析したところ，結晶中の2価の鉛イオンが還元され，0価の鉛が生成していることがわかった。さらに，光照射を停止し，水溶液中で結晶を静置すると，損傷した領域が自己修復する様子が確認された。

反応容器内の水素ガスを定量した結果，光照射中だけでなく，照射を停止した後も損傷したペロブスカイトから水素が継続的に生成されていることが明らかになった。イオン化傾向に基づいて考えると，光照射を停止した後に生成した水素は，還元によって生じた0価の鉛が水素イオンと反応し，2価の鉛に酸化される際に生じたと考えられる。

また，この水素生成反応は少なくとも3サイクル，計75時間以上にわたって安定的に継続することが確認された。この自己修復反応は，0価の鉛と水素イオンの反応により，飽和水溶液中のペロブスカイトの平衡状態が乱され，いわゆるルシャトリエの原理に従い，固体結晶が生成する方向へ平衡が移動することで生じると考えられるという。

研究グループは，これらの成果により，自己修復能力に基づく高い安定性を備えた光触媒の開発が進むとともに，昼夜を問わず水素を製造できるシステムへの応用が期待されるとしている。