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 Creation and photochemical conversion of artificial leafs

概要summary

研究背景

次世代科学技術の中で、エネルギー問題は最重要課題の一つと考えられる。しかし、一つのエネルギーシステムで全てを解決することは不可能であり、多様なクリーンエネルギーの研究が不可欠である。クリーンエネルギーの中で、太陽光の利用は最も現実的で、将来性の高い方法であり、太陽光発電、太陽熱利用などが考えられている。しかし、環境面では申し分のない方法ではあるが、日照時間とピーク需要により生じる発電規模の問題が生じるため、何らかの方法で蓄電を考える必要がある。二次電池による蓄電は簡便ではあるが、エネルギー効率とコスト面に問題がある。そこで考えられるのが、光化学変換である。光によるエネルギーをエネルギーの高い化学物質に変換し、これを発電の燃料とすれば、高効率のエネルギーシステムを提供することができる。このような背景をもとに、本研究では、個々人の研究的強みを活かし、無機半導体と有機半導体を組み合わせて、水の光分解を可能にする人工葉を構築することを目的とする。図1に示すように、光活性層である半導体に光が照射されると、電荷分離により電子とホールが形成される。電子とホールは各々の輸送層に輸送され、結果として各々の極で還元反応(水素生成)と酸化反応(酸素生成)が起こる。太陽電池に類似した構造で、様々な基質から目的の化学物質に変換することが期待できる。

研究概要

    
・ 先進性:水素は化学的クリーンエネルギーの代表格であり、水の電気分解、熱化学反応など様々な製造方法が検討されている。これを自在に得られれば、水素は燃焼用燃料、燃料電池の燃料、化学原料など様々な用途に利用可能である。
・ 独自性:本学の研究的強みの一つである材料研究を活用して、今までに例のない無機半導体と有機半導体を組み合わせた人工葉の開発を行う。無機半導体と有機半導体を巧妙に組み合わせることで、開発する人工葉に耐水性、耐水素脆性、高効率化の機能を与える。
・ 国際性:人工葉の研究はまだ緒についたばかりの研究であり、今後国際的研究競争に発展する可能性がある。本学の強みを活かせば十分に参画可能な課題である。
・ 学際的研究活動:構成員の研究的強みを活用し、材料開発、シミュレーション、デバイス作製、デバイス評価まで一貫した研究を行うことができる。さらには、エネルギー問題に対する発信が可能になり、文理融合的な議論の場を与えることができる。
・ 総合大学としての価値:人工葉のデバイス作製技術に本学で培われたデバイス手法を利用することが可能であり、かつそれをフィードバックすることで、新たな技術的な成熟が期待できる。また、人工葉と燃料電池を組み合わせたコジェネレーションシステムの開発や、人工葉を太陽電池に発展させた新規な太陽電池の開発に発展することが期待できる。
・ 組織的な研究活動:あえて構成員にとって未着手の研究課題を選定することで、関連性の低い寄せ集め的な研究課題から脱却し、密に連携した研究共同体を構築する。
     

人工葉の創成とその光化学変換

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上智大学 理工学部

物質生命理工学科

機能創造理工学科