Watersplitsingsonderzoek voor de productie van waterstof op zonne-energie heeft zich gericht op fysieke processen in de halfgeleider, zoals lichtabsorptie, lading scheiding, en chemische processen aan het oppervlak die zeer complex zijn en afhankelijk zijn van de ontwikkeling van nieuwe materialen. Echter, processen binnen de oplossing moesten nog grondig worden onderzocht.

Een recente benadering om de fotokatalytische waterstofproductie te verbeteren, werd voorgesteld door fosfonaatgroepen te laden op het oppervlak van het op zichtbaar licht reagerende fotokatalysatorlanthaan en rhodium-gedoteerde strontiumtitanaat (La, Rh:STO) met een silaankoppelingsmiddel. De functionele fosfonaatgroep functioneert als een bemiddelaar van de protontoevoer (d.w.z. bevordert de toevoer van reactanten) en verbetert de activiteit van de waterstofproductie.

Er zijn voorbeelden van onderzoek waarbij gebruik wordt gemaakt van ongebufferde elektrolyt- of fosfaatbufferoplossing als reactieoplossing in een fotokatalytische watersplitsingsreactie. Echter, de eerste is meestal een elektrostatische interactie tussen fotokatalytisch materiaal en ionen in de oplossing, terwijl de laatste zich richt op de functie van het fosfaatanion als protonmediator. Deze zijn gelijk aan het ontwerp van bulkelektrolyt.

Het concept dat in deze studie wordt voorgesteld, is noch de ontwikkeling van het materiaal zelf, noch het ontwerp van de bulkelektrolyt, maar ontwerp van de elektrolyt-fotokatalysator-interface:een nieuw concept dat beheersing van fysisch-chemische fenomenen in oplossing mogelijk maakt, vooral in de buurt van het katalysatoroppervlak via functionele groepen geïmmobiliseerd op het fotokatalysatorpoederoppervlak. De functionele fosfonaatgroepen die op het oppervlak van de poedervormige fotokatalysator zijn geïmmobiliseerd, leveren effectief protonen aan de actieve plaats. De functionele fosfonaatgroepen die op het oppervlak van de poedervormige fotokatalysator zijn geïmmobiliseerd, dragen bij aan de verbetering van de waterstofproductieactiviteit door te functioneren als mediatoren om effectief protonen aan de actieve plaats te leveren.

Tot grote vreugde van hoofdonderzoeker Yosuke Kageshima, wanneer de bulkfosfaatbufferoplossing werd gebruikt als de reactieoplossing, de waterstofproductieactiviteit van La, Rh:STO was sterk verminderd. Hoewel het gebruikelijk is om te focussen op de functie van fosfaatanionen als protonmediatoren, de benadering van het immobiliseren van functionele groepen in de buurt van het grensvlak vast-vloeistof kan een brede methodologie zijn die effectief is, ongeacht de gebruikte materialen.

Verdere verbetering van de activiteit door verhoging van de concentratie van op het oppervlak geïmmobiliseerde fosfonaatgroepen zal in verdere studies worden onderzocht. Gedetailleerde kwantitatieve evaluatie van het diffusieproces van functionele fosfonaatgroepen is nodig, evenals expansie voor gebruik in de algehele waterontledingsreactie. Universitair docent Kageshima hoopt een stand-alone kunstmatig fotosynthese-apparaat te bouwen dat bijdraagt ​​aan de realisatie van een koolstofarme samenleving door de praktische toepassing van waterstofproductie op zonne-energie, die zonne-energie omzet in chemische energie die gunstig is voor opslag en transport.