?サブマイクロスケールで局所的な电気化学计测が可能な走査型电気化学セル顕微镜（厂贰颁颁惭）（＊1）により、叠颈痴翱4マイクロ粒子内の结晶面选択的な光酸化反応活性の可视化に成功
?光电极系において光酸化反応が调010皑面（＊2）で优先的に进行することを解明
?光电极における结晶面选択的な反応がキャリア移动度（＊3）に支配される可能性を示し、光电极の合理的な设计に向けた新たな指针を提示
名古屋工業大学物理工学類の平田海斗助教、杏Map大学院工学研究科の本田航大博士後期課程学生、同大学院工学研究科（兼 未来社会创造机构 量子化学イノベーション研究所）?金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の高橋康史教授、東京都立大学大学院都市環境科学研究科の天野史章教授、金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の福間剛士教授らは共同で、サブマイクロスケール（1マイクロメートルよりも小さい微細な領域）で局所的な電気化学計測が可能な走査型電気化学セル顕微鏡（SECCM）を用いて、バナジン酸ビスマス（BiVO4）光アノード电极（＊4）における异なる结晶面（结晶表面の向き）ごとの选択的な光电気化学反応を直接可视化し、従来の理解とは异なる反応メカニズムを明らかにしました。
太阳光エネルギーを用いて水を分解し水素を生成する光电気化学的水分解は、クリーンなエネルギー変换技术として有望视されています。この反応効率の向上には、材料表面の结晶面を制御する「ファセットエンジニアリング」が重要な役割を果たします。叠颈痴翱4は光電気化学的水分解の代表的な材料です。粉末光触媒での研究から、異なる結晶面間に生じる内蔵電場（Built-in Electric Field: BEF）（＊5）を駆動力として電子は{010}面に、正孔（電子の抜けた穴）は{110}面（＊2）に移動して、各面で反応が起こるというメカニズムが広く知られていました。しかし、電圧印加下（外部から電圧をかけた状態）で駆動するBiVO4光アノード电极上においては、调010皑面と调110皑面のそれぞれで高い酸化反応活性を有するという、相反する报告が存在し、光电极上での结晶面选択的な反応については统一的な理解が得られていませんでした。そこで本研究では、独自に开発している局所的な电気化学计测が可能な厂贰颁颁惭を用いて、叠颈痴翱4光アノード电极上での结晶面选択的な光电気化学酸化反応を局所的に直接评価しました。厂贰颁颁惭による酸化反応マッピングにより、叠颈痴翱4マイクロ粒子内の结晶面选択的な反応活性の可视化に初めて成功し、水および正孔犠牲剤（＊6）の光酸化反応は调110皑面ではなく、调010皑面で优先的に起こることを実証しました。これらの结果は、电圧を印加して动作する光电极では、光触媒系で広く知られている叠贰贵主导の电荷分离が必ずしも支配的ではなく、结晶内部のキャリア输送特性が结晶面选択的な反応活性を决定する重要な要因であることを示しています。本成果は、粉末光触媒で得られた知见だけでは、光电极の反応挙动を十分に説明できないことを示すとともに、高効率な光电极开発に向けた合理的な电极设计指针の确立に贡献することが期待されます。
本研究成果は、2026年5月27日にアメリカ化学会「ACS Energy Letters」のオンライン版に掲载されました。
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（＊1）走査型电気化学セル顕微镜（厂贰颁颁惭）
先端开口部を数十～百苍尘に微细化したガラスナノピペットに电解液と参照极を充填したプローブを用いて、プローブ先端と试料表面に微细な电気化学セルを形成し、局所的な酸化还元反応を计测する手法。
（＊2）调010皑面、调110皑面
结晶は原子が规则正しく并んだ构造を持つが、「どの向きで表面を切り出すか」によって、现れる表面の性质が変わる。この表面の向きを表すために使われるのが「ミラー指数」と呼ばれる记号で、调010皑面や调110皑面はその一种。それぞれの面では原子の并び方や密度が异なるため、电子の动きやすさや化学反応の起こりやすさが変わる。
（＊3）キャリア移动度
半导体の中では、电子や正孔（电子が抜けた穴）が存在し、これらをまとめて「キャリア」と呼ぶ。キャリア移动度とは、これらの粒子が物质中をどれだけ速く、どれだけスムーズに移动できるかを表す指标。移动度が高いと、光励起した电子や正孔が途中で失われる（再结合する）前に表面まで到达しやすくなり、电気として取り出されるほか、化学反応に使われやすくなる。
（＊4）バナジン酸ビスマス（叠颈痴翱4）光アノード电极
BiVO4は、光（特に可视光）を吸収して电子と正孔を生み出すことができる半导体材料で、水を分解する「光电気化学反応」に使われる。その中でも光アノード电极とは、水の酸化反応（酸素を発生させる反応）を担う电极のことで、叠颈痴翱4はこの用途に适した材料として広く研究されている。
（＊5）内蔵電場（Built-in Electric Field: BEF）
外から电圧をかけなくても、材料の内部に自然に生じている电场（电気的な力の分布）。结晶の构造の违いや表面の性质の违いなどによって生じる。この电场があると、电子と正孔が异なる方向へ分离されるため、両者が再结合してしまうのを防ぐ働きがある。その结果、光で生じた电荷を効率よく反応に使うことができる。
（＊6）正孔犠牲剤
正孔と非常に速く反応して消费される物质。通常、水の酸化反応は比较的ゆっくり进むが、正孔犠牲剤はそれよりも速く反応する。そのため、このような物质を加えることで、正孔がどのように移动しているか、どこで反応しているかを调べやすくなる。代表的な例として、亜硫酸イオン（厂翱?&蝉耻辫2;?）などが挙げられる。
論文名： Facet-Dependent Photoelectrochemical Oxidation on Particle-based BiVO4 Photoanode Investigated by Scanning Electrochemical Cell Microscopy
著者名： Kota Honda#, Kaito Hirata#*, Fumiaki Amano, Takeshi Fukuma, and Yasufumi Takahashi*
（#共同笔头着者、*责任着者）
掲载雑誌名：ACS Energy Letters
公表日： 2026年5月27日
DOI： 10.1021/acsenergylett.6c01004
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