可視光で水を水素と酸素に分解できる酸化物半導体光触媒の開発

摘要

無尽蔵の太陽光と水からクリーシエネルギーの水素を製造できる光触媒水分解システムは，1969 年に本多·藤嶋らにより見出されたTiO{sub}2光電極とPt電極で構成される光電気化学セルによる水の光電気化学的分解反応を契機として世界的に研究がなされた．しかし，水を化学量論的に分解し，定常的に水素と酸素を発生できる光触媒の開発は容易ではないことが明らかとなり，研究は一時下火となっていた．1980年代に紫外光照射下ながら水溶液を水素と酸素に定常的に分解できる層状化合物酸化物半導体光触媒が開発され，水分解による水素製造用の光触媒の開発も日本を中心として再び活発となってきた．我々も1992年に，それまで難しいとされていたPt／TiO{sub}2光触媒を用いて液相水を完全に水素と酸素に分解できる炭酸ナトリウム添加法を開発し，太陽光で水が分解し水素と酸素が化学量論的に生成すること実証した．100m四方の他にNa{sub}2CO{sub}3とNiO{sub}x／TO{sub}2光触媒を投入すると，真夏の半日程度の太陽光照射で約4000L の水素と2000Lの酸素が発生する計算になる．既に多くの紫外光応答性の水分解用光触媒が見出されている現在，光触媒による水分解水素製造の興味は，未だ達成されていない可視光応答性の水の完全分解光触媒の開発へと移りつつある.太陽光の約50％は可視光で，紫外光は約4％にすぎない．太陽光利用のためには，可視光で水を分解できる光触媒の開発が必須となる．我々は，今までにいくつかの異なるアプローチにより可視光応答性の水の完全分解用光触媒の開発研究を行ってきたが，最近，一段光触媒を用いて世界で初めて可視光による水の完全分解を達成したので，それについて紹介する．