二酸化炭素の低減・資源化を目的として，固体半導体光触媒を用いて，太陽光エネルギーを駆動力とした二酸化炭素の低炭素燃料への還元や，有用化学物質への変換に関する研究を進めています．最近では，銀などの金属ナノ粒子を担持した金属酸化物光触媒を用いて，二酸化炭素と水を反応させ，一酸化炭素と水素と酸素に変換することに成功しています（CO2 + H2O → CO + H2 + O2）．触媒表面の構造・電子状態，反応メカニズムを解明しながら合理的に光触媒を設計することにより光触媒の高効率化・高機能化を行っています．

水素を化石資源からではなく，再生可能エネルギーと再生可能資源から製造することを目的として，水やバイオマスから水素を発生させる光触媒反応について研究しています．半導体光触媒による水素生成反応は紫外光照射下でのみ進行するものが多いため，太陽光の有効利用を考えると可視光照射下でも働く光触媒を開発することが重要な課題となっています．プラズマ処理によって触媒表面をナノ構造化したり，半導体光触媒に様々なイオンや金属ナノ粒子を添加し，その構造や化学状態を制御することによって，バンド構造の改良や光吸収サイトの導入を行い，可視光照射下でも働く光触媒へと改質しています．

光触媒による二酸化炭素還元反応や水素生成反応には，電子の励起や移動が関わってきます．そのため，合成した光触媒材料が本質的に持つ電子の状態を評価することは非常に重要です．当研究室では，VASPやWIEN2k等の計算コードを用いた第一原理計算により，合成した光触媒材料中の電子の振る舞いを調べることで，材料の性質を明らかにしています．特に，光触媒に添加したイオン・金属ナノ粒子によるエネルギー準位の形成や，触媒反応の起こる表面での電子移動・反応性を評価し，光触媒反応の理解や改良に役立てています．

固体触媒反応を制御するためには，反応中に変化し続ける活性点（触媒作用を起こす部分）の原子構造や電子状態を理解することが必要不可欠です．当研究室ではシンクロトロン分光技術（XAFS, XPS）と電子顕微鏡技術（TEM, STEM, EELS）を融合させた最先端ナノ分析技術の構築にも取り組んでいます．この技術によって固体触媒中の様々な原子構造や化学状態を分離し，活性点の原子構造や電子状態を明らかにしています．また活性点が固体触媒のどの位置に分布しているかを1ナノメートル程度の分解能でマッピングしたり，反応中その場観察（Operando IR・光吸収・発光測定）をすることによって反応メカニズムを解明しています．これら分析技術に支えられて新しい固体触媒の合理的な設計・開発が可能になると考えています．