水完全分解光触媒における初めてのオールインワン助触媒を実現 ―サステイナブルな水素社会の実現に向けて―

2026-04-24 東北大学

東北大学の坂本良太教授らの研究グループは、光触媒による水完全分解(OWS)の効率化に向け、導電性二次元金属有機構造体(2D-MOF)「Co-HHTP」が水素生成と酸素生成の両反応を同時に促進する“オールインワン助触媒”として機能することを初めて実証した。従来はHERとOERに別々の助触媒や酸素遮断層が必要で工程が複雑だったが、本手法ではワンステップ自己組織化により光触媒SrTiO3:Al上に簡便に担持でき、逆反応を抑制しつつ高効率(量子効率31.5%)で安定な水分解を達成した。持続可能な水素製造技術の設計指針を刷新する成果であり、水素社会実現に貢献が期待される。

水完全分解光触媒における初めてのオールインワン助触媒を実現 ―サステイナブルな水素社会の実現に向けて―
図1. 光触媒によるOWSの概念図。

<関連情報>

二次元金属有機構造体は、光触媒による水分解反応全体において、オールインワンの助触媒として機能する Two-dimensional metal–organic frameworks offer all-in-one cocatalysts for photocatalytic overall water splitting

Jingyan Guan,Hajime Suzuki,Kazuhide Kamiya,Takashi Harada,Rintaro Adachi,Osamu Tomita,Hirofumi Kurokawa,Daisuke Unabara,Koji Yonekura,Naoya Fukui,Hiroaki Maeda,Kunihisa Sugimoto,Yuichi Yamaguchi,Akinori Saeki,Akira Yamakata,Akihiko Kudo,Ryu Abe & Ryota Sakamoto
Nature Chemistry  Published:23 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-026-02133-6

Abstract

Photocatalytic overall water splitting holds great promise for sustainable hydrogen production. For overall water splitting performed by one-step excitation, both the hydrogen evolution and oxygen evolution reactions are hindered kinetically; hence, it is necessary to employ site-selective modification of photocatalysts with hydrogen-evolving and oxygen-evolving cocatalysts. However, critical challenges remain, including the need for cumbersome, multi-step photodeposition processes and durable blocking layers to inhibit the reverse reactions. Here we find a conductive, two-dimensional metal–organic framework to serve as a simple, multifunctional cocatalyst. We loaded this framework on SrTiO3:Al, an overall water-splitting photocatalyst, using a one-step self-assembly method. The framework cocatalyst promoted steady photocatalysis with an apparent quantum efficiency of 31.5% at 350 nm, free from the reverse reaction even without blocking layers. We proposed the operational principles for the cocatalyst activity using spectroscopic, electrochemical and theoretical analyses. This two-dimensional metal–organic framework offers an all-in-one approach for designing efficient and practical one-step excitation overall water-splitting systems.

0505化学装置及び設備
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