横浜国立大学 先端科学高等研究院
先進化学エネルギーセンター
開所記念シンポジウム
2021年12月11日（土）「環境・エネルギーのデザイン」
横浜国立大学 名誉博士
東京大学
特別栄誉教授東京理科大学 前学長 栄誉教授
KISTEC
光触媒グループリーダ

藤嶋 昭太陽のエネルギー
2E=mc
H2 6億トン/sec

・太陽から22億分の1が地球に!!
・1万分の1の利用で、エネルギー問題解決!!
あと50億年はO.K.

Two light-driven pumps and Calvin cycle produce sugar. Flow of electrons taken from water by lightdriven ump PS Ⅰ and PS II resembles the letter Z (Z-scheme). Electrons were carried to thechemical reaction cycle called Calvin cycle, where sugar is produced from CO 2.

Z-scheme and Calvin cycle in photosynthesis

Solar light

A. Fujishima, K. Honda, Nature (1972)

Burning of Titanium Metal Plate→TiO2

Epoxy resin

BurnerCu wire

Firing of Titan plate

Attaching Cu wire to TiO2 plateby use of epoxy resin

Investigation of Hydrogen Evolution
under Sunlight Irradiation

Experimental
32

1. TiO2 electrode2. Pt electrode3. Salt bridge

1

A. Fujishima, K. Kohayakawa, K. Honda,
J. Electrochem. Soc. 1975, 122, 1487.

2021年5月9日 日本経済新聞 1面より

Concentrated multi-junction solar cell
4.5-1)-1-1 eV(m-2-2seVflux(mPhotonflux)
Photon1MW CPV plant @Masen, Morocco
Curtesy of Sumitomo Electric

4.0
3.5

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5

26.7

12.1

16.9

0.0
0.3

0.8

1.3

1.8

2.8

2.3

3.3

Photon Energy (eV)Fresnel lens

InGaP
GaAs
Ge

Multi-junction cells

Cell efficiency: 42～46%
Module efficiency: 30～33%
Prof. Sugiyama (Tokyo Univ.)

3.8

Solar light → H2

Maximizing energy efficiency

Direct connection of high efficiency solar cells and electrolysis cells

CPV
mono-modules
Moduleunderdevelopment

V
CPV modules

AH2collection

Clampammeter
Electrical connection

O2E103 collection

Electrochemical Cells

E106(2 cells in a package)
H106

STH efficiency: 24.4%(Demonstrated outdoors in Miyazaki)
CPV modules

H103

Prof. Sugiyama (Tokyo Univ.)発想の転換n hn

1cm2 のTiO2上にある1molの水(18g)を分解して水素を発生するのに必要な光子数は6×1023個以上

1cm2 のTiO2上にある大腸菌 106個と比べて、実際の太陽光は非常に強い。蛍光灯でも、大腸菌の数よりも多い。

太陽光は1015 photons / cm2

エネルギー効率を考えると、水素発生に用いるよりも、細菌などの分解に用いる方が現実的である

殺菌性能評価

Bacteria-killing EffectBactericidal effect超親水性作用の発見

カガミがくもらない

疎水性TiO2親水性TiO2J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3023

Wang, R.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. Nature 1997, 388, 431

グランルーフ（東京駅八重洲）

フランス

The Louvre PyramidVirus titer of influenza virus (TCID50/ml)

光触媒反応特異的なインフルエンザウイルスの感染価の減少
Control, dark

1.6.E+08

光触媒, dark
1.6.E+07

Control, 0.1 mW/cm2

1.6.E+06

1.6.E+05
1.6.E+04
光触媒, 0.1 mW/cm2
1.6.E+03
02468

Irradiation time (h)
光触媒を塗布していないコントロール及び暗所では、インフルエンザウイルスの感染価の減少が確認されなかったことから、インフルエンザウイルスの不活化は光触媒反応によるものである。

日本語著書

2017.11 発行

Housing Interior
ClothingAutomobile
components

Mask
ApronClothes
Towel

Housing Exterior
BlindCurtainSofa
Wind pane
Exterior wall tiles
Tent
Exterior wall painting

TiO2 + Light
Electrical goods
Door mirror
Interior deodorant sheet
Medical ·Body coating
agricultural goods
Road materials

Tunnel lightning
Noise barrier
Road

Fluorescent light
Air purifier
Air-conditioner
Refrigerator

Catheter
Operation room wall
Culture solution in hydroponics

Photocatalytic effect utilized in various areas人工光合成によるカーボンリサイクルの鍵

H2 + CO2 → CH4
メタネーション（人工光合成）

H2O, CO2
効率良く可能か？

提言【概要】（石油・石炭の利用で）太陽エネルギー

二酸化炭素水人工光合成光触媒・電極

光触媒（ギ酸）水素（酸素）
メタン
有用物質
東京理科大学
光触媒国際研究センター

41

ダイヤモンド電極●炭素(C)●ホウ素(B)[B] / [C]

0%

[B]

ドープなし

絶縁体

Boron-doped Diamond (BDD)

0.01 %

0.1 %

1%

1019

1020

1021~ 1018

p型半導体

多くの研究開発が盛ん
切削工具

次世代半導体1022 (cm-3)

金属性導体
10-2Ωcm

ダイヤモンド電極

プラズマCVD法によるダイヤモンド合成
マイクロ波

石英板
PlasmaH2

基板

H2
アセトン・メタノール/ボロン溶液

真空ポンプ

炭素源
B2O3 + 6CH3OH → 2B(OCH3)3 + 3H2O

ラマンスペクトル
Intensity (a.u.)

SEM像

sp3Carbon 1333 cm-1

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
Raman Shift (cm-1)

ダイヤモンド電極の広い還元領域を利用
水素発
生

オゾン発生酸素発生

水素
発生

水素
発生

CO2の直接電解による選択的な還元が可能

酸素発生

ダイヤモンドによるCO2還元●電解質の変更によりCO生成を実現

CO2• ‒CO2• ‒CO（一酸化炭素）

HCOOH（ギ酸）(–2.1 V vs. Ag/AgCl)

Faradaic efficiency (%)

80

60

CO2 + 2H+ + 2e- → CO + H2O

COHCOOH
H2

J. Am. Chem. Soc., 141, 7414 (2019).
40200KClO4KClO4KClKCl

現在：
フロー系による物質供給の制御でCO生成のファラデー効率70％まで達成
データ提供：慶應大・栄長泰明教授

45

ご清聴いただきありがとうございました