RESEARCH
自然の光合成は光化学エネルギー変換を学ぶ上でよいお手本になります。 光合成とは植物が光によって水を分解して酸素を発生し、二酸化炭素をデンプンなどにする反応と知っている方も多いかと思いますが、 もう少し進んで解釈すると、光エネルギーによって水から還元力を取り出し、その還元力とエネルギーによって二酸化炭素を有機物として固定する反応となります。 クロロフィル色素などが光を吸収する光合成の初期課程においては、水から電子または水素を取り出す反応と考えることができ、 電子を取り出せば太陽電池に、水素を取り出せば水素エネルギー研究につながります。
再生可能エネルギー分野においても、化学の力で解決できそうなことがたくさんあります。 エネルギー変換機能物質を用いたエネルギーの有用活用だけでなく、化学の視点で人類が直面しているエネルギー・環境問題の解決に活用することを目指します。
Artificial photosynthesis
光合成を担う葉緑体内部には、チラコイドと呼ばれる袋状の構造が積み重なっており、その膜にはクロロフィル色素とタンパク質の複合体が埋め込まれています。 このタンパク質（例えば光合成系1; Photosystem I）では、内部の分子同士を緻密にコントロールすることで、光励起したクロロフィルから効率よく電荷分離を行っています。
このような電荷分離過程を複数の光触媒を用いて再現することができれば、効率的な水素製造が可能になります。
我々は特に、この光触媒製造や複合のプロセスを制御することによって、形態やエネルギー構造変化に伴う触媒活性の向上、および機能付与を進めています。 これによって、光励起によって生成した正孔が自分自身を酸化して分解してしまう光腐食反応の抑制や、結晶構造の制御などを達成しています。
最近では、電子源に有機性の廃棄物を用いる光改質反応（フォトリフォーミング）の研究も進めています。 これは、有機性の廃棄物を酸化分解するのと同時に、水を還元することで水素を生成させるものです。 エクセルギー効率（エネルギーのうち、仕事に変換できる割合）が低い燃焼と比べて、効率的なエネルギー変換プロセスとして、その実用に向けた研究を進めています。
Organic photovoltaics
地球に降り注ぐ太陽光は莫大なエネルギーを持っており、照射1時間分のエネルギーは人類の消費エネルギー1年分に匹敵すると計算されていますが、 そのエネルギー密度は低く、太陽光を利用する上で問題となっています。 植物や光合成細菌などは太陽光を吸収すると、Förster共鳴エネルギー移動（FRET）などによって、光エネルギーを反応中心に集める「光捕集アンテナ系」 という機能によって太陽光を効率良く使えるよう進化してきました。
このように効率よく光エネルギーを集めることができれば光エネルギー変換デバイスの高効率化につながります。
我々は、光捕集アンテナ系の応用に加え、従来の太陽電池の理論効率を超える可能性を秘める「天然を超える」アンテナ系の構築にも取り組んでいます。 低エネルギー光を高エネルギー光へ変換する機構であるアップコンバージョンの１つである「三重項-三重項消滅アップコンバージョン（TTA-UC）」を利用した例では、 酸化チタン上での複合によってTTAーUC由来の発電を確認しています。
Photocatalytic decomposition of hydrogen sulfide
火山大国の日本は、アメリカ、インドネシアに次ぐ世界第3位の地熱資源量を有していますが、地熱発電の導入量は他国に比べて大きく出遅れています。 この原因の1つとして、地熱蒸気に含まれている硫化水素の処理の問題があります。 関東圏で唯一の地熱発電所である八丈島地熱発電所では、用いられる水蒸気に2000 ppm以上の硫化水素が含まれており、その強烈な臭気は周辺住民を悩ませています。
このような硫化水素は、LPガスで焼却後、水酸化マグネシウムで中和することにより破棄されているため、環境に良いとは言いがたい状況です。 また福島県の柳津西山地熱発電所のように石油化学で用いられるクラウス法を応用した方法も使われていますが、熱力学的平衡に支配される反応であり、経済的・熱的コストという観点からは不向きです。
3 H2S + 3/2 O2 → 3/n Sn + 3 H2O（クラウス法）
我々は光触媒を活用した硫化水素分解の研究を進めています。 光触媒による硫化水素分解では、既存の方法では困難な、しかし臭気の原因となるような低濃度の硫化水素分解が可能です。 検出下限である0.5 ppm以下までの硫化水素分解を達成し、さらに可視光での分解や分解物による被毒の影響を抑えるようなリサイクル可能性を実証しています。
