La recherche sur la séparation de l'eau pour la production d'hydrogène solaire s'est concentrée sur les processus physiques à l'intérieur du semi-conducteur, comme l'absorption de la lumière, séparation des charges, et les processus chimiques en surface qui sont très complexes et reposent sur le développement de nouveaux matériaux. Cependant, les processus à l'intérieur de la solution n'avaient pas encore été explorés en profondeur.

Une approche récente pour améliorer la production d'hydrogène photocatalytique a été proposée en chargeant des groupes phosphonate sur la surface du lanthane photocatalyseur sensible à la lumière visible et du titanate de strontium dopé au rhodium (La, Rh:STO) avec un agent de couplage silane. Le groupe fonctionnel phosphonate fonctionne comme un médiateur de l'apport de protons (c'est-à-dire, favorise l'apport de réactifs) et améliore l'activité de production d'hydrogène.

Il y a eu des exemples de recherche utilisant une solution tampon d'électrolyte ou de phosphate non tamponnée comme solution de réaction dans une réaction de fractionnement photocatalytique de l'eau. Cependant, le premier est principalement une interaction électrostatique entre le matériau photocatalytique et les ions dans la solution, tandis que ce dernier se concentre sur la fonction de l'anion phosphate en tant que médiateur protonique. Ceux-ci sont équivalents à la conception de l'électrolyte en vrac.

Le concept proposé dans cette étude n'est ni le développement du matériau lui-même ni la conception de l'électrolyte en vrac, mais conception de l'interface électrolyte-photocatalyseur :un nouveau concept qui permet de contrôler les phénomènes physico-chimiques en solution, notamment au voisinage de la surface du catalyseur via des groupements fonctionnels immobilisés sur la surface de la poudre de photocatalyseur. Les groupes fonctionnels phosphonate immobilisés à la surface du photocatalyseur en poudre fournissent efficacement des protons au site actif. Les groupes fonctionnels phosphonate immobilisés à la surface du photocatalyseur en poudre contribuent à l'amélioration de l'activité de production d'hydrogène en jouant le rôle de médiateurs pour fournir efficacement des protons au site actif.

Pour le plus grand plaisir du chercheur principal Yosuke Kageshima, lorsque la solution tampon de phosphate en vrac a été utilisée comme solution de réaction, l'activité de production d'hydrogène de La, Rh:STO a été considérablement réduit. Bien qu'il soit courant de se concentrer sur la fonction des anions phosphate en tant que médiateurs de protons, l'approche consistant à immobiliser des groupes fonctionnels à proximité de l'interface solide-liquide peut être une méthodologie large et efficace quels que soient les matériaux utilisés.

Une amélioration supplémentaire de l'activité en augmentant la concentration de groupes fonctionnels phosphonate immobilisés sur la surface sera explorée dans d'autres études. Une évaluation quantitative détaillée du processus de diffusion des groupes fonctionnels phosphonate est nécessaire ainsi qu'une expansion pour une utilisation dans la réaction globale de décomposition de l'eau. Le professeur adjoint Kageshima espère construire un dispositif de photosynthèse artificielle autonome qui contribuera à la réalisation d'une société à faible émission de carbone grâce à l'application pratique de la production solaire d'hydrogène, qui convertit l'énergie solaire en énergie chimique avantageuse pour le stockage et le transport.