日本的新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）、人工光合成化學程序技術研究組合（ARPChem）、東京大學和信州大學等合作，全球首次開發出了利用可見光將水分解成氫氣和氧氣的酸性硫化物光觸媒。這種光觸媒由名爲Y2Ti2O5S2的酸性硫化物半導體構成，可以吸收波長小於640nm的太陽光來分解水。600nm左右的波長是太陽光中強度最高的波長範圍，因此有望實施高效率的能源利用。
酸性硫化物半導體材料作爲新一代光觸媒材料從2000年前後開始受到關注，但一直存在一個課題，即在水中的光照射下，光觸媒材料自身容易分解。因此，此次是全球首次利用酸性硫化物光觸媒實際成功分解水。
以本次的研究成果爲開端，如果能將酸性硫化物半導體材料作爲光觸媒用於水分解反應，就有望實施低成本的制氫工藝。
圖1：此次開發的酸性硫化物微顆粒光觸媒（Y2Ti2O5S2）的電子顯微鏡照片（左）和吸收光譜（右）
太陽光的強度峰值主要位於可見光範圍（400nm～800nm，圖2），因此光觸媒如果能吸收這個波長範圍的光來分解水，就可以有效利用太陽能。不過，以往的光觸媒存在的課題之一是，很多觸媒的吸收波長主要限於紫外光範圍（400nm以下），爲了利用可見光範圍至近紅外光光範圍的光，就要擴大光觸媒的吸收波長。
圖2：太陽光的波長和光譜強度
此次，NEDO等研究單位合作，全球首次開發出了利用可見光分解水的酸性硫化物微顆粒光觸媒。透過調整反應條件，同時吸附作爲氫生成反應和氧生成反應活性點的促進劑，能夠吸收波長小於640nm的太陽光來分解水。
目前已經知道，除Y2Ti2O5S2外，酸性硫化物半導體中還有很多其他的有望蠻力吸收可見光以分解水的材料。另外，此次開發的觸媒爲微顆粒狀，因此還有一個優點，就是將來製作大面積光觸媒片材時，方便應用噴塗法等簡單工藝。
相關研究論文已於2019年6月17日發表在英國科學期刊《自然-材料》（Nature Materials）的網路速報版。
圖3：Y2Ti2O5S2的帶隙能階
圖4：利用Y2Ti2O5S2光觸媒驗證在可見光下穩定分解水
（日文新聞發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
