光触媒性能を1日500サンプルで評価できる新手法を開発~大規模探索のための基盤技術に~

2025-12-22 北陸先端科学技術大学院大学,東京科学大学

北陸先端科学技術大学院大学と東京科学大学の研究チームは、光触媒性能を1日最大約500サンプル評価できるハイスループット手法を開発した。光触媒は半導体と助触媒の組み合わせや合成条件により性能が大きく変化するため、高速かつ簡便な評価法が求められていた。本研究では、光触媒によるメチレンブルー色素分解反応を対象に、96ウェルマイクロプレートを用いたマイクロプレート法を考案。微量試料を並列処理し、光照射と分光測定を繰り返すことで、分解挙動を時間分解で追跡できることを示した。これにより、従来より大幅に効率的な性能評価が可能となり、反応速度定数の解析など速度論研究にも応用できることを実証した。本手法は、周期表全体に及ぶ膨大な材料候補を対象とした大規模探索や、データ駆動型研究の基盤技術として、光触媒研究の加速に大きく貢献すると期待される。

光触媒性能を1日500サンプルで評価できる新手法を開発~大規模探索のための基盤技術に~
図 開発したハイスループット光触媒性能評価のプロトコル

<関連情報>

加速光触媒活性評価のための簡易マイクロプレートアッセイ A Simple Microplate Assay for Accelerated Photocatalytic Activity Evaluation

Yohei Cho,Osamu Tagami,Kyo Yanagiyama,Kazuma Gotoh,Emi Sawade,Toru Wada,and Toshiaki Taniike
ACS Environmental Au  Published: December 16, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenvironau.5c00200

Abstract

Photocatalysis has been extensively studied for its potential to harness abundant sunlight energy, yet exploration has been limited by the time and effort required for performance evaluation. To screen candidate materials, including the elements across the entire periodic table, throughput must be improved while minimizing labor. In this study, we introduce a simple, labor-saving, high-throughput assay for evaluating photocatalyst activity utilizing a 96-well microplate. The protocol provides a streamlined workflow that encompasses weighing, microplate preparation, light irradiation, spectroscopic measurement, and reaction rate analysis. Importantly, this protocol removes the bottleneck of separating photocatalyst powders from the dye solution throughout the cycles of light irradiation and spectral measurements, which significantly improves the throughput and saved labor. As a foundation for this method, we investigated the relationship between the coexistence of dye and powder against the resulting apparent absorbance and the temporal profile of absorbance during the photocatalytic reaction. From the result, we provide guidelines for determining versatile amounts of the photocatalyst and dye depending on the balance between measurement accuracy and throughput. As the method relies on the additivity of absorption and scattering within a defined optical density window, it is not restricted to a particular dye. This assay enables photocatalyst performance evaluation for ∼500/day, which holds promise for exploring the vast material space across the periodic table, significantly broadening the horizons for discovering novel photocatalysts.

0505化学装置及び設備
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