水素は貯蔵・運搬が可能なエネルギーととらえることができ、必要な時に燃料電池で電気エネルギーに変換することができる。燃料電池で電気エネルギーを得るときに排出されるのは水だけである。したがって、持続可能社会、クリーンエネルギー社会の構築を水素を軸に考えるのは有力である。問題となるのは水素をいかにつくりだすかということになる。この問題を解決する手段として太陽光水素生成が期待されている。

　太陽光水素生成では半導体である光触媒の価電子帯の電子を太陽光で伝導帯へ励起し、励起した電子でプロトンを還元し水素を得る。この時、対となる酸化反応は多くの場合、水の酸化による酸素生成が利用される。私たちの研究室では、この水の酸化に代わりヨウ化物イオン（I^-）からヨウ素分子（I₂）の生成にすることで光触媒に要求されるバンドギャップを小さくすることに取り組んでいる（図1）。

図1　太陽光水素生成と電池発電を繰り返すHIサイクル。

　このHIサイクルにおいてヨウ素のレドックス反応を用いる際にポリヨウ化物イオンの生成が障害となる。私たちは単層カーボンナノチューブ（SWCNT）を反応系に組み込むことでポリヨウ化物イオンからヨウ素分子を引きはがすことで水素生成効率を高めることに成功した（図2）。

図2　SWCNT添加量と水素生成効率の関係。

　SWCNTを添加すると水素生成効率が高くなるのはヨウ素分子をチューブ内に内包するからである。図1のHIサイクルでは水素生成時にヨウ素内包SWCNTが副生成物として生成する。この副生成物は電池電極として利用することができる。この電池を発電するとヨウ化物イオンが再び生成するので太陽光水素生成実験に戻ることが可能となる（図1）。

（謝辞：本研究の一部は公益財団法人JKAの助成を受けて実施しました。）