大阪大学産業科学研究所の真嶋哲朗教授らの研究グループは、黒リンを用いた光触媒 を開発し、この光触媒を使用すると可視光・近赤外光 の照射によっても、水から水素生成が効率よく起こることを世界で初めて見出しました。

従来の光触媒では、太陽光の3－4％にすぎない紫外光を利用するため、水から水素への太陽光エネルギー変換効率 は低いという問題がありました。

今回、真嶋教授らの研究グループは、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、層状のチタン酸ランタン（La ₂ Ti ₂ O ₇ ） を数層からなる超薄膜とし、これらと数ナノメートルのサイズの可視光にも吸収をもつ金ナノ粒子 との三成分からなる複合体を合成しました （図1） 。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、また、金ナノ粒子が可視光に応答する光増感剤として働き、励起電子がチタン酸ランタンに移動し、プロトンの還元により水からの水素生成が効率よく起こることを世界で初めて明らかにしました。

新しく開発した黒リン、金ナノ粒子、チタン酸ランタンの複合体を光触媒として使用することによって、太陽光からの広帯域波長光 を利用して、水からの水素製造が可能になりました。

図1　黒リン、チタン酸ランタン、金ナノ粒子からなる光触媒の電顕写真。

水素を、再生可能な自然エネルギーである太陽光と地球上に豊富に存在する水から効率的に製造できれば、現在の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ります。

現在の太陽光エネルギー（主に太陽光電池）のコストは化石燃料に比較して高価なため、十分に広まっていません。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ます。

今回、真嶋教授らは、黒リン、金ナノ粒子、チタン酸ランタンとの三成分からなる可視光・近赤外光応答型光触媒を開発し、水からの水素の高効率生成に成功しました。

本研究成果により、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ます。

本研究成果は、平成29年1月12日（ヨーロッパ時間）にAngew. Chem. Int. Ed.に掲載 2017, 56, 2064-2068（Hot Paperとして掲載）。
タイトル：“Au/La ₂ Ti ₂ O ₇ Nanostructures Sensitized with Black Phosphorus for Plasmon-Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production in Visible and Near-Infrared Light”
著者名：M. Zhu, X. Cai, M. Fujitsuka, J. Zhang, and T. Majima

太陽光エネルギーを利用した光触媒（人工光合成とも呼ばれる）の研究は、エネルギー問題や環境問題に関連して、世界中の研究者によって活発に行われています。特に米国、韓国、中国での注目度は高く、度々の招待講演を行っています。