ヤヌス型2次元シート（以下、ヤヌス型2Dシート）は、表裏で異なる種類の元素を持つ特殊な構造から新機能が期待されていますが、なぜ室温で2Dシートの表側の原子のみが別の原子に置換されるのかについては明らかにされていませんでした(図1)。東北大学大学院工学研究科の畢定坤大学院生、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の加藤俊顕教授、筑波大学数理物質系/ホウ化水素研究センターの高燕林助教、丸山実那准教授らの研究グループは、ヤヌス型2Dシートにおける原子置換反応メカニズムを解明しました。独自開発の「その場（in-situ）光学・電気観測システム（図2）」により、プラズマから供給される電...

光触媒による水完全分解（OWS）は、持続可能な水素生産に大きな可能性を秘めています。OWSでは、光触媒表面での水素発生反応（HER）と酸素発生反応（OER）の双方の促進が極めて重要であり、おのおのの反応に、個別に高い活性を示すHERおよびOER助触媒を、光触媒上の狙いの位置に選択的に修飾することが高活性化の鍵になります。しかし、煩雑な多段階光析出プロセスと逆反応を阻害するための酸素遮断層の必要性、逆反応を完全に抑制することの難しさ、遮断層の耐久性に関する懸念など、依然として大きな課題が残っています。東北大学大学院理学研究科の坂本良太教授らの研究グループは、導電性二次元金属有機構造体...

海洋底のマントルや下部地殻に含まれるかんらん石と水の反応、すなわち蛇紋岩化反応は、自然界における水素生成の主要なメカニズムとして知られています（図1）。この反応によって生まれる水素は、地下深部に生きる微生物のエネルギー源となるだけでなく、人類が利用可能な新たなエネルギー資源としても関心が高まっています。この反応では、岩石中の2価の鉄が3価の鉄へと酸化されると同時に水が還元され、その結果として水素が生成されます（式1）。しかし、水素発生の鍵を握る鉄の分布や化学状態が、反応の進行にともなってどのように変化するのかこれまで十分に分かっておらず、天然水素の生成プロセスの理解を難しくしていました。...

アンモニア（NH3）は、肥料や化学原料として不可欠なだけでなく、燃焼時に二酸化炭素を排出しない次世代エネルギーキャリアとしても注目されています。しかし、従来のハーバー・ボッシュ法によるアンモニア合成は、高温・高圧条件を必要とし、大量のエネルギー消費とCO2排出を伴います。一方、農業排水や工業排水に含まれる硝酸イオン（NO3⁻）は、水質汚染や富栄養化の原因となる有害物質です。この硝酸イオンを電気化学的に還元してアンモニアへ変換する「電気化学的硝酸イオン還元反応（eNO3...

二酸化炭素（CO2）の排出を伴わないグリーン水素の製造において水電解の高効率化は喫緊の課題であり、実現のために水電解における電力コストを低減する技術が求められています。電極における反応過電圧は電力コストに直結するため、従来は高効率な貴金属触媒を用いて反応過電圧の低減が試みられてきました。特に酸素発生極における酸素発生反応（Oxygen Evolution Reaction, OER）は過電圧が大きいため、その過電圧低減が特に重要とされています。東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR...