2013年03月07日16:06 来源：人民网-财经频道
2011年4月，大阪市立大学教授神谷信夫等人利用大型辐射设施“SPring-8”对原子间距进行分析，在世界上率先发现了锰簇的立体构造。研究结果得到了美国《科学》杂志的表彰。在那以后，为了制造出构造与锰簇相似的物质，世界各地都加快了研究的步伐。
在日本，分子科学研究所、东京工业大学等机构利用金属与非金属原子混合化合物，也就是有机络合物模仿植物的机理，为揭示光合作用的机制做出了贡献。但是，由于有机络合物只能对阳光中的特定波长做出反应，因此，在充分利用全波长太阳能上存在局限性。
此时，丰田中央研究所的研究成果成为了打开局面的契机。该所采用的是光催化剂中唯一有实用业绩、已经得到外墙防污涂料和空调过滤器采用的氧化钛。氧化钛的氧化还原能力强，是利用水制备氢气时最常用的高效光催化剂。但单独使用只能利用阳光制备氢气，不能还原二氧化碳。
丰田中央研究所通过结合特殊的有机络合物作为第二催化剂，在世界上第一个只使用水、氧气和阳光，在常温常压状态下成功实现了人工光合作用。
丰田中央研究所于2011年9月发表了研究成果。听闻这一消息，松下尖端研主管研究员四桥聪史也不禁怏怏地表示“被抢先了一步”。
但丰田中央研究所发表的能量转换效率为0.04％。四桥回顾当时的情景时表示，“我们对赶超信心十足”。因为松下采用的是一种前所未有的全新方法。
社长宣言，没了退路
2009年10月7日，家电展会“CEATEC JAPAN”在千叶幕张开幕。在座无虚席的观众面前，松下社长大坪文雄（当时，现任会长）发出了这样的宣言：“松下正在研究让二氧化碳转变成甲醇的光催化剂。这种催化剂能够充分利用太阳能，在削减二氧化碳的同时，还能生产出燃料。”
听罢演讲，山田总监所率领的京都松下尖端研的成员们仰天长叹：“大坪社长在夏天来视察过，当时我们的确做了展示，但没想到社长竟然会这样大张旗鼓地发表。原本只是‘要是成功的话挺不错’的事情一下子成了‘势在必行’的事情。”
松下从2009年开始高举“环境革新企业”的大旗，大力发展光伏发电、燃料电池、锂离子充电电池等能源领域。山田总监说，正因为如此，大坪社长才牢牢盯住了尖端研究员们的展示，但在当时，多数的研究成员“虽然曾经从事过燃料电池的研究，但对于人工光合作用几乎都是外行”。
研究组瞄准的光催化剂材料是GaN（氮化镓）。GaN是电子企业非常熟悉的半导体。主要在蓝宝石基板上结晶，作为蓝色LED（发光二极管）的材料使用。而且，在控制电力的功率半导体领域，GaN作为降低功率损失的新一代材料，同样备受关注。主任研究员四桥指出：“是电子行家在思考光与电（能）的转换时首先会想到的材料。”
以往的研究者连想都没有想过的GaN没有辜负松下技术团队的希望，得到了预期的结果。研究结果显示，与使用氧化钛等氧化物相比，GaN能够使电子达到更高的能态（激发态）。对于激发不足的部分，丰田中研利用有机络合物进行了补充，而松下尖端研通过GaN，使电子一次性达到了还原二氧化碳需要的能态。
另一个关键点是使用电子企业擅长的薄膜叠层技术。如下图所示，蓝宝石基板上叠加GaN，其上又叠加了AlGaN（氮化铝镓）层。AlGaN层的杂质少，透明度非常高。按照设计，水分解出的质子和电子各自顺利分离到表面层与下层。主管研究员四桥强调说：“实现这样的设计依靠的是薄膜技术。借助这项技术，效率提高了一个数量级。”
可以说，不受“模仿植物构造”的传统研究方向的束缚，发挥电子企业的强项是推动研究取得进展的动力。
从世界范围来看，人工光合作用也是关注的焦点。美国能源部计划从2010年开始，在5年时间内，向人工光合作用的实用化研究投入1.22亿美元。在领跑的日本，经济产业省从2012年7月开始，启动了企业研究所、大学等机构参与的实用化开发项目。
现在还有很多技术都在研究之中，松下的山田总监认为：“目前，相对于专攻一点，还处于各种方法相互切磋、相互竞争，全面观察可能性的阶段。”（日经技术在线！ 供稿）
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