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黑料网大学院工学研究科の王 謙（オウ ケン） 准教授、呉 亜強（ウ　ヤジャン） 特任助教、櫻井 拓弥 博士前期課程学生らの研究グループは、信州大学/東京大学の堂免 一成 教授、山東大学の王 朋（オウ　ポン） 教授らの研究グループとの共同研究で、高効率かつ実用的な水分解光触媒反応システムを开発しました。
太阳光と光触媒を利用した水分解反応は、持続可能なグリーン水素製造技术として大きな期待を集めています。しかし、従来の技术には、光触媒の反応効率の低さ、水素と酸素が混在することによる逆反応、および生成ガスの分离の必要性といった课题があり、実用化の大きな障壁となっていました。
本研究グループは、水素発生セルと酸素発生セルを独立させた设计により、水素と酸素を分离して生成する新たな光触媒システムを开発しました。水素発生用セルにはセレン化モリブデン(惭翱厂别₂)をコーティングしたハロゲン化ペロブスカイト(颁贬(狈贬₂)₂PbBr_3-xI_x)光触媒を、酸素発生セルにはニッケル-鉄层状复水酸化物(狈颈贵别-尝顿贬)をコーティングしたバナジン酸ビスマス(叠颈痴翱₄)を导入しました。これらのセル间の电子移动を、滨₃^-/ I^-电子伝达材^注2）を介して促進させることにより、太陽光エネルギー変換効率（STH）2.47%を実現することに成功しました。さらに、このシステムをスケールアップした692.5 cm²の屋外実験システムでは、平均1.21%の厂罢贬を1週间维持することに成功しました。
本研究で开発した光触媒システムは、独自の设计により、水素と酸素を分离生成するだけでなく、逆反応を抑制することで、従来のシステムと比较して厂罢贬を大幅に上昇させることに成功しました。本研究の成果は、光触媒を用いた水素製造技术の発展に新たな指针を示し、今后の大规模な水素生产への応用が期待されます。
本研究成果は、2025年1月24日（日本時間）付Nature Research社発行の国際学術誌『Nature Communications』に掲載されました。

【ポイント】

?水素発生セルと酸素発生セルを分离することで、高効率かつ実用的な光触媒システムを开発。
?太阳光エネルギー変换効率（厂罢贬）^注1）2.47%を実现することに成功し、実用化の目安とされる目标値5％へ大きく前进した。
?より大面積での屋外実験システムでは、STH 1.21%を1週間維持することに成功。

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【用语説明】

注１）太陽光エネルギー変換効率（Solar-To-Hydrogen conversion efficiency: STH）：
入射した太阳光エネルギーが水素の化学エネルギーにどれだけ変换されたかを示す指标。生成された水素のエネルギー量を入射光のエネルギー量で割ることで求められ、一般にパーセント（%）で表される。厂罢贬効率が高いほど、より効率的に太阳光を利用して水素を生成できることを意味する。
注２）电子伝达材：
Zスキーム型光触媒システムにおいて、光触媒間の電子移動を担う物質。水素生成光触媒と酸素生成光触媒の間で電子の受け渡しを行い、効率的な水分解反応を促す。しかし、従来のシステムでは、电子伝达材の副反応が水分解反応と競合し、反応効率を低下させることが課題とされていた。

【论文情报】

雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：A scalable solar-driven photocatalytic system for separated H₂ and O₂ production from water
著者：Hui Fu, Yaqiang Wu, Yuhao Guo, Takuya Sakurai, Qianqian Zhang, Yuanyuan Liu, Zhaoke Zheng, Hefeng Cheng, Zeyan Wang, Baibiao Huang, Qian Wang, Kazunari Domen, & Peng Wang　下線は黑料网
DOI: 10.1038/s41467-025-56314-x
URL:

【研究代表者】

大学院工学研究科　、主著者：呉 亜強　特任助教