光を当てて水から水素をつくる有機材料のシート　外から電圧をかけず実験

光のエネルギーで水を分ける

この研究で作ったのは、光を受けて水を水素と酸素に分けるシートです。光を吸収する有機半導体の薄い膜が、光のエネルギーを反応につなぐ役割を担います。実験では太陽光をまねた光を当て、シートの外から電圧をかけずに水の分解を進めました。

水素を生む反応と酸素を生む反応は、シート内の別々の場所で起こります。研究チームはそれぞれを担当する小さな領域を、電気を通す1枚の土台に並べました。二つの反応を組み合わせて、水から水素と酸素を取り出します。

膜の役割を変える下地の分子

工夫したのは、光を吸う膜のすぐ下に置く分子の層です。下地に使う分子を変えると、同じ有機半導体の膜を、水素を生む側にも酸素を生む側にも使えました。光を受け取る材料を共通にしたまま、下地との組み合わせで反応の役割を分けたのです。

小さな領域をさらに細かくした実験では、効率が下がる結果も出ました。反応する場所をどの大きさで並べるかも、シートの性能に関わります。

反応を助ける金属も組み合わせる

有機半導体を使うのは主に光を吸う膜です。水素や酸素が生じる反応を助ける材料には、白金と酸化イリジウムを使っています。このように反応を助ける材料を触媒と呼びます。

小さな試料から大きなシートへ

研究用の小さな試料で、水の分解は2時間を超えて続きました。光のエネルギーのうち、水素のエネルギーへ変わった割合は約0.1%です。より多くの水素を取り出せるようにすることと、長く安定して使えるようにすることが、次の研究課題になります。

下地を霧状に吹き付けて作る方法も示されました。大きなシートを作る方法を探る一歩です。今後はシートを広げる製法と、光を水素へ変える性能の両方を改良していく必要があります。