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【発表のポイント】
- 脱炭素社会の実現を目指し、クリーン水素製造の有望な方法として、光触媒による水完全分解（OWS）が注目されています。
- 二次元金属有機構造体（2D-MOF）が光触媒のオールインワン助触媒として機能することを初めて見出しました。
- ワンステップ自己組織化法により簡便に光触媒を2D-MOFで修飾でき、高効率の水完全分解を達成しました。
【概要】
光触媒による水完全分解（OWS）は、持続可能な水素生産に大きな可能性を秘めています。OWSでは、光触媒表面での水素発生反応（HER）と酸素発生反応（OER）の双方の促進が極めて重要であり、おのおのの反応に、個別に高い活性を示すHERおよびOER助触媒を、光触媒上の狙いの位置に選択的に修飾することが高活性化の鍵になります。しかし、煩雑な多段階光析出プロセスと逆反応を阻害するための酸素遮断層の必要性、逆反応を完全に抑制することの難しさ、遮断層の耐久性に関する懸念など、依然として大きな課題が残っています。
東北大学大学院理学研究科の坂本良太教授らの研究グループは、導電性二次元金属有機構造体（2D-MOF）の一種であるCo-HHTPがオールインワンの助触媒として機能することを発見しました。Co-HHTPをOWS光触媒であるSrTiO3:Al上にワンステップ自己組織化法で担持させることで、酸素遮断層なしで酸素還元逆反応を起こさず、350 nm（ナノメートル、ナノは10億分の1）における見かけの量子効率（AQE）31.5%という安定したOWSを実現しました。2D-MOFが提供するオールインワン助触媒の概念は、効率的かつ実用的なOWSシステムの設計に新たなパラダイムを提供します。
本研究成果は、2026年4月23日18時（日本時間）で科学誌 Nature Chemistry 誌 にオンライン掲載されます。
■論文情報
タイトル：Two-dimensional metal-organic frameworks offer all-in-one cocatalysts for photocatalytic overall water-splitting
著者 ：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*
*責任著者 京都大学大学院工学研究科 助教 鈴木肇、京都大学大学院工学研究科 教授 阿部竜、東北大学大学院理学研究科 教授 坂本良太
掲載誌 ：Nature Chemistry
DOI ：10.1038/s41557-026-02133-6
URL ：https://www.nature.com/articles/s41557-026-02133-6
【謝辞】
本成果は、科学技術振興機構（JST）創発的研究支援事業（JPMJFR203F）、同 戦略的創造研究推進事業 CREST（JPMJCR24S6）、同 未来社会創造事業（JPMJMI23G2）、日本学術振興会（JSPS）科学研究費補助金（JP25H01644、JP25H01674、JP25H01999、JP24K01494、JP24K01528、JP24H00485、JP24K21809、JP23K18001、JP23H03937、JP23KJ1388、JP23H02061、JP22H05145、JP20H05838、JP20H00398）、旭硝子財団、日本板硝子材料工学助成会、ENEOS東燃ゼネラル研究奨励・奨学会、泉科学技術振興財団、創薬等先端技術支援基盤プラットフォーム（JP25ama121006）、地域中核・特色ある研究大学強化促進事業（JPJS00420230010）からの助成・支援を受けて実施されました。本論文は『東北大学 2026 年度オープンアクセス推進のためのAPC支援事業』によりオープンアクセスとなっています。
＜詳しい研究内容について＞
水完全分解光触媒における初めてのオールインワン助触媒を実現―サステイナブルな水素社会の実現に向けて―
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