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【ニュートンから】人工光合成 実用化への道（2） 人工光合成の研究が本格化する最初の引き金になったのは，「ホンダ・フジシマ効果」の発見だ。ホンダ・フジシマ効果は，本多健一（ほんだ・けんいち）博士（1925～2011）と元東京理科大学学長の藤嶋昭（ふじしま・あきら）博士らによって発見され，1972年に発表された。 ホンダ・フジシマ効果を説明しよう。水中に白金の電極と半導体である二酸化チタン（TiO2）の電極を入れ，電極を導線でつなぎ，二酸化チタンの電極に紫外線を当てる。すると，水が分解されて，二酸化チタンの電極から酸素分子の気体が，白金電極から水素分子の気体が発生する。これが，ホンダ・フジシマ効果だ。 ホンダ・フジシマ効果の発見により，二酸化チタンは，光のエネルギーを利用して，水を分解して水素分子と酸素分子を発生させるはたらきをもつことがわかった。二酸化チタンのように，光のエネルギーを使う触媒を「光触媒」とよぶ。光を吸収して自由電子をつくる 人工光合成の研究は，二酸化チタンと同じく半導体の光触媒（半導体光触媒）が主流となっている。半導体は電子が自由に動く「導体」と電子が自由に動けない「絶縁体」の中間の性質をもつ。 半導体光触媒もクロロフィルと同様に，光子のエネルギーを吸収することで正孔（電子の空席）と高エネルギーの電子をつくる。通常，半導体の結晶中にある電子は，決められた軌道に存在する。半導体に光が当たると，電子は光子のエネルギーを吸収して高エネルギーの電子が生じる。吸収した光子のエネルギーが十分に高いと，電子は元の軌道から飛びだして，半導体の結晶中を自由に動く「自由電子」になる。自由電子が生じると，同時に電子の空席である正孔も生じる。自由電子だけでなく，正孔も半導体の中で動くことができる。 正孔が動くのは不思議に思え…