太陽光・水・CO2から液体燃料を生成する人工葉を開発(Growing a new ‘leaf’ that harnesses sun, water and CO2 to make liquid fuel)

2026-06-04 イェール大学

米国イェール大学の王海良(Hailiang Wang)教授らの研究チームは、太陽光、水、二酸化炭素(CO₂)のみを原料として液体燃料メタノールを生成する世界初の自立型人工葉(Artificial Leaf)を開発した。人工葉は植物の光合成を模倣する技術であり、本研究ではシリコン製マイクロピラー電極とコバルトフタロシアニン-カーボンナノチューブ触媒を組み合わせることで、CO₂を高効率でメタノールへ変換した。変換効率は従来のアルコール生成型人工葉技術の約32倍に達し、太陽エネルギーを化学エネルギーとして貯蔵する新たな手法を示した。生成されるメタノールは化学原料や代替燃料として利用可能であり、大気中のCO₂を資源として活用できる点でも注目される。研究は米国エネルギー省支援のCHASE(Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels)プロジェクトの成果であり、人工光合成によるカーボンリサイクルと再生可能エネルギー利用の実用化に向けた重要な前進と評価されている。

太陽光・水・CO2から液体燃料を生成する人工葉を開発(Growing a new ‘leaf’ that harnesses sun, water and CO2 to make liquid fuel)
This 3D illustration of the new artificial leaf highlights the device’s photoelectrode, which is based on silicon micro-pillars and a cobalt phthalocyanine-carbon nanotube catalyst for converting carbon dioxide to methanol. Credit: Yuanzuo Gao

<関連情報>

CO₂とH₂Oからの太陽光メタノール生産のためのモノリシック人工葉 A Monolithic Artificial Leaf for Solar Methanol Production from CO2 and H2O

Bo Shang,Kunpeng Yu,Hannah R. M. Margavio,Haozhou Yang,Yuanzuo Gao,Jindou Yang,Jing Li,Min Li,Jinquan Shi,Mengxia Liu,Gregory N. Parsons,Jillian L. Dempsey,Gerald J. Meyer,Thomas E. Mallouk,and Hailiang Wang
Journal of the American Chemical Society  Published: April 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c04213

Abstract

Methanol, an important liquid fuel and chemical feedstock, has yet to be produced using solar energy, H2O, and CO2 as sole inputs in a standalone device. This study directly addresses this longstanding challenge through presenting the first demonstration of unbiased solar methanol production from CO2 and H2O with a monolithic artificial leaf design, surpassing the previous best energy efficiency in solar alcohol production by at least 1 order of magnitude. We first develop a new generation of photocathodes based on Si micropillar arrays and a cobalt tetraaminophthalocyanine molecular catalyst. By integrating a C60 interlayer that facilitates unidirectional electron transfer through the semiconductor/catalyst interface, we realize a photovoltage of 500 mV, one of the highest recorded for single-junction Si-based photoelectrodes in aqueous CO2 reduction, as well as unprecedented methanol formation with a Faradaic efficiency of 30% and a partial current density of 6.3 mA cm–2. We further integrate the photocathode with a multijunction perovskite photovoltaic minimodule to afford a standalone solar fuel system, which demonstrates a light-to-methanol conversion efficiency of 0.8%, 32 times higher than the present record in light-to-alcohol conversion with an artificial leaf.

0502有機化学製品
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