光をつかった水素製造に酸化鉄を利用

―チタンドープによる光触媒活性のメカニズムを解明―

2026年8月24日 11:00

研究者情報

〇多元物質科学研究所　教授　加藤英樹
研究室ウェブサイト

発表のポイント

光エネルギーで水を分解する光触媒反応に、酸化鉄を利用することに成功しました。
純粋な酸化鉄は不活性ですが、1%程度のチタンを添加することで光触媒としての活性が発現することを明らかにしました。
今後の更なる高機能化により、太陽光を利用した水素製造技術向上への貢献が期待されます。

発表概要

太陽光エネルギーを利用して有用物質を獲得する人工光合成^（注１）は持続可能社会実現に向けて重要な技術です。資源量の豊富な酸化鉄の人工光合成応用が期待されていますが、水分解光触媒^（注２）応用の研究はまれでした。
東北大学多元物質科学研究所の加藤英樹教授、吉野隼矢助教、大学院工学研究科の宮下智臣大学院生（研究当時）、名古屋大学未来材料・システム研究所の小林亮准教授らの研究グループは、1%程度のチタンをドーピングした酸化鉄を水素生成光触媒であるロジウムドープチタン酸ストロンチウムと組み合わせることで水分解が光触媒的に進行することを見出しました。電気化学測定を通じて、チタンドーピングにより電気抵抗が低下するとともにn型半導体特性が向上するために光生成した電子と正孔の分離が促進されることが水分解活性発現の要因であることが明らかとなりました。
本成果は、酸化鉄を光触媒的水分解反応に利用するための材料設計指針を示すものであり、酸化鉄の人工光合成応用への貢献が期待されます。
本研究成果は、2026年8月7日付けで、米国化学会の学術誌ACS Applied Energy Materialsに掲載されました。



図1. チタンドーピング量を変えた酸化鉄とロジウムドープチタン酸ストロンチウムを組み合わせたZスキーム型光触媒の水分解に対する活性

用語解説

注1. 人工光合成：光エネルギーを利用して高エネルギー化合物を作り出す反応。反応を通じて光エネルギーが化学エネルギーへと変換される。水から水素の生成、二酸化炭素からの一酸化炭素、炭化水素製造などが挙げられる。
注2. 水分解光触媒：光励起により生じる電子・正孔を利用して水を還元・酸化して水素と酸素を生成する光機能材料。

論文情報

タイトル：Z-Scheme Water Splitting Utilizing Fe₂O₃ as an Oxygen-Evolving Photocatalyst
著者：Tomoomi Miyashita, Shunya Yoshino, Makoto Kobayashi, Hideki Kato*
*責任著者：東北大学多元物質科学研究所　教授　加藤英樹
掲載誌：ACS Applied Energy Materials
DOI：10.1021/acsaem.6c01486

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
教授　加藤 英樹
TEL:022-217-5650
Email: hideki.kato.e2*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学多元物質科学研究所
広報情報室
TEL: 022-217-5198
Email: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）






東北大学は持続可能な開発目標（SDGs）を支援しています