全水分解光催化劑首次實現一體化助催化劑－邁向可持續氫能社會－

2026年4月30日 國立大學法人岡山大學

https://www.okayama-u.ac.jp/

<發布重點>

為實現脫碳社會，光催化全水分解（OWS）作為清潔氫氣生產的有前景方法受到關注。

首次發現二維金屬有機骨架（2D-MOF）可作為光催化劑的一體化助催化劑。

通過一步自組裝法，可簡便地將光催化劑與2D-MOF修飾，實現高效的全水分解。

◆概要 光催化全水分解（OWS）在可持續氫氣生產方面具有巨大潛力。在OWS中，促進光催化劑表面上的氫氣析出反應（HER）和氧氣析出反應（OER）兩者都極為重要。關鍵在於將分別對HER和OER具有高活性的助催化劑選擇性地修飾在光催化劑的目標位置。然而，仍然存在重大挑戰，例如複雜的多步驟光沉積過程、需要氧氣阻擋層來抑制逆反應、完全抑制逆反應的困難以及對阻擋層耐久性的擔憂。

東北大學研究生院理學研究科坂本良太教授等研究團隊發現，一種導電性二維金屬有機骨架（2D-MOF）Co-HHTP可作為一體化助催化劑。通過一步自組裝法將Co-HHTP負載在OWS光催化劑SrTiO3:Al上，無需氧氣阻擋層即可實現穩定的OWS，且不會發生氧氣還原逆反應，在350 nm（奈米，奈米是十億分之一）處的表觀量子效率（AQE）達到31.5%。2D-MOF提供的一體化助催化劑概念為高效實用的OWS系統設計提供了新的範式。

這項研究成果於2026年4月23日日本時間18時在科學期刊《自然化學》（Nature Chemistry）線上發表。

圖. 光催化OWS的概念圖

◆論文資訊 標題：Two-dimensional metal-organic frameworks offer all-in-one cocatalysts for photocatalytic overall water-splitting 作者：Jingyan Guan, Hajime Suzuki*, Kazuhide Kamiya, Takashi Harada, Rintaro Adachi, Osamu Tomita, Hirofumi Kurokawa, Daisuke Unabara, Koji Yonekura, Naoya Fukui, Hiroaki Maeda, Kunihisa Sugimoto, Yuichi Yamaguchi, Akinori Saeki, Akira Yamakata, Akihiko Kudo, Ryu Abe*, Ryota Sakamoto* *通訊作者：京都大學研究生院工學研究科助理教授鈴木肇、京都大學研究生院工學研究科教授阿部竜、東北大學研究生院理學研究科教授坂本良太 期刊：《自然化學》（Nature Chemistry） DOI：10.1038/s41557-026-02133-6 網址：https://www.nature.com/articles/s41557-026-02133-6

◆致謝 這項成果得到了科學技術振興機構（JST）創發性研究支援事業（JPMJFR203F）、同戰略性創造研究推進事業CREST（JPMJCR24S6）、同未來社會創造事業（JPMJMI23G2）、日本學術振興會（JSPS）科學研究費補助金（JP25H01644、JP25H01674、JP25H01999、JP24K01494、JP24K01528、JP24H00485、JP24K21809、JP23K18001、JP23H03937、JP23KJ1388、JP23H02061、JP22H05145、JP20H05838、JP20H00398）、旭硝子財團、日本板硝子材料工學助成會、ENEOS東燃通用研究獎勵、獎學會、泉科學技術振興財團、創藥等尖端技術支援基礎平台（JP25ama121006）以及地域核心、特色研究大學強化促進事業（JPJS00420230010）的資助和支持。本論文通過「東北大學2026年度開放獲取推進APC支援事業」實現開放獲取。

◆關於詳細研究內容 全水分解光催化劑首次實現一體化助催化劑－邁向可持續氫能社會－ 關鍵字：