La investigación de la división del agua para la producción de hidrógeno solar se ha centrado en los procesos físicos dentro del semiconductor, como la absorción de luz, separación de carga, y procesos químicos en la superficie que son muy complejos y dependen del desarrollo de nuevos materiales. Sin embargo, Los procesos dentro de la solución aún no se habían explorado a fondo.

Se propuso un enfoque reciente para mejorar la producción de hidrógeno fotocatalítico mediante la carga de grupos fosfonato en la superficie del lantano fotocatalizador sensible a la luz visible y titanato de estroncio dopado con rodio (La, Rh:STO) con un agente de acoplamiento de silano. El grupo funcional fosfonato funciona como mediador del suministro de protones (es decir, promueve el suministro de reactivos) y mejora la actividad de producción de hidrógeno.

Ha habido ejemplos de investigación que utilizan electrolitos no tamponados o una solución tampón de fosfato como solución de reacción en la reacción de separación de agua fotocatalítica. Sin embargo, el primero es principalmente una interacción electrostática entre el material fotocatalítico y los iones en la solución, mientras que el último se centra en la función del anión fosfato como mediador de protones. Estos son equivalentes al diseño de electrolitos a granel.

El concepto propuesto en este estudio no es el desarrollo del material en sí ni el diseño del electrolito a granel, sino diseño de la interfaz electrolito-fotocatalizador:un nuevo concepto que permite el control de los fenómenos fisicoquímicos en solución, especialmente en las proximidades de la superficie del catalizador a través de grupos funcionales inmovilizados en la superficie del polvo de fotocatalizador. Los grupos funcionales fosfonato inmovilizados en la superficie del fotocatalizador en polvo suministran protones de forma eficaz al sitio activo. Los grupos funcionales fosfonato inmovilizados en la superficie del fotocatalizador en polvo contribuyen a la mejora de la actividad de producción de hidrógeno al funcionar como mediadores para suministrar protones de manera efectiva al sitio activo.

Para deleite del investigador principal Yosuke Kageshima, cuando se usó la solución tampón de fosfato a granel como solución de reacción, la actividad de producción de hidrógeno de La, Rh:STO se redujo considerablemente. Aunque es común centrarse en la función de los aniones fosfato como mediadores de protones, el enfoque de inmovilizar grupos funcionales cerca de la interfaz sólido-líquido puede ser una metodología de amplio alcance que es eficaz independientemente de los materiales utilizados.

La mejora adicional de la actividad aumentando la concentración de grupos funcionales fosfonato inmovilizados en la superficie se explorará en estudios adicionales. Se necesita una evaluación cuantitativa detallada del proceso de difusión de los grupos funcionales fosfonato, así como la expansión para su uso en la reacción general de descomposición del agua. El profesor asistente Kageshima espera construir un dispositivo de fotosíntesis artificial independiente que contribuya a la realización de una sociedad baja en carbono a través de la aplicación práctica de la producción de hidrógeno solar. que convierte la energía solar en energía química que es ventajosa para el almacenamiento y el transporte.