低コスト材料によるグリーン水素製造技術を開発(Low-cost innovation boosts green hydrogen production)

2026-07-21 ロイヤルメルボルン工科大学(RMIT)

RMIT大学と中国の共同研究チームは、安価で広く利用される二酸化チタン(TiO₂)を改良することで、グリーン水素の光触媒生成効率を従来の市販材料比で80倍以上に向上させる技術を開発した。研究では、白金などの高価な触媒を用いる代わりに、TiO₂へ微量のニッケル単原子を導入し、酸素欠陥を形成するとともに、中空球状のナノ構造を採用することで光の吸収とエネルギー移動を最適化した。その結果、光エネルギーの損失が抑えられ、水素生成反応へ効率的に利用されるようになり、高い生成性能と安定性を実現した。実験はメタノールを含む溶液中で紫外光を用いた条件下で行われ、可視光でも一定の活性が確認されたが、実用化には太陽光下や純水での性能評価が今後の課題とされる。安価で入手しやすい材料による高性能触媒の実現は、製鉄、海運、航空など脱炭素化が難しい産業で利用が期待されるグリーン水素の製造コスト低減に貢献する可能性がある。

<関連情報>

ナノ閉じ込めされたNi単原子Ni–O–Ti原子非対称サイトによる高効率かつ安定した光触媒水素発生 Nanoconfined Ni single-atom Ni–O–Ti atomic asymmetric sites for highly efficient and stable photocatalytic hydrogen evolution

Bowen Li, Siyuan He, Jitao Li, Ting Sun, Chunhua Zhang, Hao Zhang, Lina Xiao, Ravichandar Babarao, Li Gao, Yichao Wang, Derek Hao
Applied Catalysis B: Environment and Energy  Available online: 30 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126888

Highlights

  • Asymmetric Ni–O–Ti single-atom sites enable efficient H2 evolution.
  • Oxygen-defect nanoconfinement boosts charge separation.
  • 80-time higher activity than pristine TiO2 photocatalyst.

Abstract

Photocatalytic hydrogen production is a promising route toward sustainable energy conversion. However, the overall efficiency remains limited by severe charge recombination and low carrier utilization. Herein, asymmetric interfacial Ni–O–Ti sites were constructed via oxygen-defect-induced nanoconfinement, forming oxygen bridges between hollow TiO2 nanospheres (HTNSs) and single–atom Ni species. The hollow TiO2 nanosphere catalyst with oxygen defects and Ni single atoms (Ni/BHTNSs) exhibited a high hydrogen evolution activity of 816 μmol·h–1, which is more than 80 times higher than that of pure TiO2. Experimental and theoretical analyses demonstrated that the oxygen defects and hollow structure accelerated the charge carrier separation and transfer, which significantly boosted the hydrogen generation. Compared with symmetric Ni–O–Ni coordination, the asymmetric Ni–O–Ti configuration shortens the Ni–O bond length, enabling more favorable linear H⁺ adsorption and electron accumulation while lowering the energy barrier for H2 formation. These effects collectively accelerate hydrogen evolution kinetics. This work presents an atomic-level asymmetric site design coupled with nanoconfinement engineering, offering a robust strategy for efficient and stable photocatalytic water splitting.

0505化学装置及び設備
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