2013年03月07日16:06 來源：人民網-財經頻道
2011年4月，大阪市立大學教授神谷信夫等人利用大型輻射設施“SPring-8”對原子間距進行分析，在世界上率先發現了錳簇的立體構造。研究結果得到了美國《科學》雜志的表彰。在那以后，為了制造出構造與錳簇相似的物質，世界各地都加快了研究的步伐。
在日本，分子科學研究所、東京工業大學等機構利用金屬與非金屬原子混合化合物，也就是有機絡合物模仿植物的機理，為揭示光合作用的機制做出了貢獻。但是，由於有機絡合物隻能對陽光中的特定波長做出反應，因此，在充分利用全波長太陽能上存在局限性。
此時，豐田中央研究所的研究成果成為了打開局面的契機。該所採用的是光催化劑中唯一有實用業績、已經得到外牆防污涂料和空調過濾器採用的氧化鈦。氧化鈦的氧化還原能力強，是利用水制備氫氣時最常用的高效光催化劑。但單獨使用隻能利用陽光制備氫氣，不能還原二氧化碳。
豐田中央研究所通過結合特殊的有機絡合物作為第二催化劑，在世界上第一個隻使用水、氧氣和陽光，在常溫常壓狀態下成功實現了人工光合作用。
豐田中央研究所於2011年9月發表了研究成果。聽聞這一消息，鬆下尖端研主管研究員四橋聰史也不禁怏怏地表示“被搶先了一步”。
但豐田中央研究所發表的能量轉換效率為0.04％。四橋回顧當時的情景時表示，“我們對趕超信心十足”。因為鬆下採用的是一種前所未有的全新方法。
社長宣言，沒了退路
2009年10月7日，家電展會“CEATEC JAPAN”在千葉幕張開幕。在座無虛席的觀眾面前，鬆下社長大坪文雄（當時，現任會長）發出了這樣的宣言：“鬆下正在研究讓二氧化碳轉變成甲醇的光催化劑。這種催化劑能夠充分利用太陽能，在削減二氧化碳的同時，還能生產出燃料。”
聽罷演講，山田總監所率領的京都鬆下尖端研的成員們仰天長嘆：“大坪社長在夏天來視察過，當時我們的確做了展示，但沒想到社長竟然會這樣大張旗鼓地發表。原本只是‘要是成功的話挺不錯’的事情一下子成了‘勢在必行’的事情。”
鬆下從2009年開始高舉“環境革新企業”的大旗，大力發展光伏發電、燃料電池、鋰離子充電電池等能源領域。山田總監說，正因為如此，大坪社長才牢牢盯住了尖端研究員們的展示，但在當時，多數的研究成員“雖然曾經從事過燃料電池的研究，但對於人工光合作用幾乎都是外行”。
研究組瞄准的光催化劑材料是GaN（氮化鎵）。GaN是電子企業非常熟悉的半導體。主要在藍寶石基板上結晶，作為藍色LED（發光二極管）的材料使用。而且，在控制電力的功率半導體領域，GaN作為降低功率損失的新一代材料，同樣備受關注。主任研究員四橋指出：“是電子行家在思考光與電（能）的轉換時首先會想到的材料。”
以往的研究者連想都沒有想過的GaN沒有辜負鬆下技術團隊的希望，得到了預期的結果。研究結果顯示，與使用氧化鈦等氧化物相比，GaN能夠使電子達到更高的能態（激發態）。對於激發不足的部分，豐田中研利用有機絡合物進行了補充，而鬆下尖端研通過GaN，使電子一次性達到了還原二氧化碳需要的能態。
另一個關鍵點是使用電子企業擅長的薄膜疊層技術。如下圖所示，藍寶石基板上疊加GaN，其上又疊加了AlGaN（氮化鋁鎵）層。AlGaN層的雜質少，透明度非常高。按照設計，水分解出的質子和電子各自順利分離到表面層與下層。主管研究員四橋強調說：“實現這樣的設計依靠的是薄膜技術。借助這項技術，效率提高了一個數量級。”
可以說，不受“模仿植物構造”的傳統研究方向的束縛，發揮電子企業的強項是推動研究取得進展的動力。
從世界范圍來看，人工光合作用也是關注的焦點。美國能源部計劃從2010年開始，在5年時間內，向人工光合作用的實用化研究投入1.22億美元。在領跑的日本，經濟產業省從2012年7月開始，啟動了企業研究所、大學等機構參與的實用化開發項目。
現在還有很多技術都在研究之中，鬆下的山田總監認為：“目前，相對於專攻一點，還處於各種方法相互切磋、相互競爭，全面觀察可能性的階段。”（日經技術在線！ 供稿）
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