スポットライトリサーチ

近年、化石燃料に替わるエネルギー源として水素を用いようと世の中が動き始めており、爆発性のある水素を安全に運搬するために多くの検討がなされています。しかし既存技術のほとんどは水素の運搬や放出時に高圧や高温が必要となるものでした。
本成果は、新規二次元材料であるホウ化水素シートへ紫外光を照射することで水素を放出させることができる現象を見出し、そのメカニズムを第一原理計算によって明らかにしたものです。この水素放出は室温大気圧下という非常に穏やかな条件で達成されること、さらにホウ化水素シートは軽元素であるホウ素と水素から成るために質量当たりの水素の貯蔵量が多いことから、安全で軽量な水素キャリアとして応用が期待できます。

実は、ホウ化水素シートへの光照射は始め可視光で行う予定でした。しかしこの時光源の選択を誤った結果紫外光を照射してしまい、そのときに初めて水素の放出を確認しました。その後可視光を使っても実験の再現が取れず、原因究明をする過程で光源の波長が水素の放出に重要であることが明らかになりました。そこからは光学特性の測定を行ったり、第一原理計算によって電子構造を調べたりしながらメカニズムを推定して行きました。
今考えてみれば、「光照射による水素放出」「ホウ化水素シートの光学特性」「第一原理計算によって明らかになったユニークな電子構造」といった一つ一つの事象に過ぎないこれらの結果に、最もよく説明できる考察を与えて検証を行うというサイクルをうまく回せたことが本成果につながったと思います。

研究室に所属するまでセラミックスや固体物理について学んできた自分にとって、ホウ素や水素という軽元素、二次元物質の物理はまったく未知のものでした。このような中で合成系や評価系を立ち上げて、研究の指針を見つけることに非常に苦心したことを覚えています。けれど指導教員の宮内雅浩先生や、ホウ化水素シートの合成法を最初に見出した筑波大学の近藤剛弘先生をはじめ、多くの方とディスカッションをさせていただき、結果を積み重ねることで困難を乗り越えてこれました。特に本成果は、様々な分野の研究者との協同によって生まれたものであり、皆さんとのチームワークの賜物であると考えています。

学部4年生、研究室に配属されたばかりのときに「見つかったばかりで何ができるかわからない物質がある」と言われて飛びついたテーマとともに、ここまで来れたことに言い尽くせない思いを抱いています。
これから自分は修士課程を修了した後民間企業へ就職し、仕事としてはアカデミックからも化学からも遠ざかることが決まっています。しかし、人々にインパクトを与えるモノづくりをしたいという気持ちは変わっておらず、自分にとっては少し手段が変わるだけのようにも思います。そのうえ、化学を学び研究をしてきた経験と身に着けたスキルは自分にとってかけがえの無いものとなっています。
これからは少し離れたところから化学の魅力を伝えていくことで、化学に興味を持つ人、化学者を目指す人たちの助けになれたらいいな、なんて考えています。

今回の研究対象であるホウ化水素シートという新規二次元材料は、本成果において水素キャリアへの応用可能性を示すものでした。しかし私たちの研究グループは、ホウ化水素シートがまだまだ多くのユニークな可能性を示してくれると信じています。皆さんもホウ化水素シートや二次元材料のユニークな特性について少しでも興味を持ってくれると嬉しいです。

最後に、本研究に関することから日頃の生活に至ることまで熱心に相談に乗ってくださった宮内雅浩先生、本研究を遂行するにあたり何度もディスカッションやアドバイスをしてくださった筑波大学の近藤剛弘先生に深く感謝申し上げます。