再生可能エネルギーは化石燃料に代わるクリーンで多様なエネルギー源として、また国内で獲得できることからエネルギー安全保障にも寄与するエネルギー源として、さらなる導入が期待されています。当研究室では太陽エネルギーを我々が利用可能なエネルギー源（水素・有用物質）に、地熱や身の回りの未利用熱、排熱などの熱エネルギーを電気に変換する材料・システム創製の研究を行っています。

1. 水素・有用物質への太陽エネルギー変換

水素は燃料に用いても水しか排出しない極めてクリーンなエネルギーです。そこで恒久的に地球上に降り注ぐ太陽光を利用して水から水素が製造可能となれば、環境にやさしいエネルギーサイクルが構築できます。当研究室では太陽光の大半を占める可視光のもとで、水を分解し水素と酸素を量論比で発生できる（水を完全分解できる）材料、“光触媒”の創製を目指し検討を行っています。そのひとつに、水素発生と酸素発生のそれぞれを得意とする2種類の光触媒を見出し、導電層を介して接合した複合型光触媒粒子を作製することによって、可視光で化学薬品が不要の純水を完全分解することに成功しています。最近では赤色光照射によっても純水の完全分解を達成し太陽光に含まれる紫外光～可視光全域を利用できるところまで来ています。この成果をベースに新たな水素発生と酸素発生光触媒の設計や創製、さらには導電層のナノ粒子化、接合方法の検討などを通じてより高効率で水を完全分解できる複合型光触媒粒子創製に挑んでいきます。

また、自然界の光合成を模倣し、二酸化炭素を還元しメタンやメタノール、蟻酸、一酸化炭素など有用化学物質を光触媒によって変換する「人工光合成」の研究も行っています。利用光の長波長化はもちろんのこと、電子源として化学薬品を用いず水を電子源として用いることが重要となります。すなわち水との共存下で二酸化炭素を還元し有用化学物質に変換でき、一方では水を酸化し酸素が発生することが求められています。現状では、二酸化炭素を還元し一酸化炭素とメタンの生成は確認できていますが、同時に水の還元も進行し水素の発生も認められます。水の還元を抑制した二酸化炭素還元の選択的な進行、二酸化炭素還元によって選択的な有用化学物質の合成、さらには炭素－炭素結合形成に挑戦しています。

2. 電気エネルギーへの熱エネルギー変換

様々な形態で環境中に存在するエネルギーを電力に変換する環境ハーベスティング技術は充電・電池交換・燃料補給を必要としない電源として、ユビキタス社会やモノのインターネット（IoT）の実現に必須の技術となっています。その中で太陽熱や身の回りの未利用熱を電力に直接変換できる“熱電変換”技術への期待が高まっています。当研究室では熱電変換材料の設計や創製と共に、光によって熱電変換物性を向上させる異常光熱電効果の研究を進めています。その結果、光による着色現象（フォトクロミック現象）に伴って熱電物性が向上すること、すなわち通常の熱電効果に加え、光の効果で獲得できる電力が増大することを見出しました。この技術を利用すれば、例えば遮光機能を発現しつつ発電機能が向上したスマートウィンドウなどが実現できるのではないかと考えています。

光触媒を使用した水分解水素製造と二酸化炭素還元による有用物質合成