2011年4月，大阪市立大學(xué)教授神谷信夫等人利用大型輻射設(shè)施“SPring-8”對原子間距進(jìn)行分析，在世界上率先發(fā)現(xiàn)了錳簇的立體構(gòu)造。研究結(jié)果得到了美國《科學(xué)》雜志的表彰。在那以后，為了制造出構(gòu)造與錳簇相似的物質(zhì)，世界各地都加快了研究的步伐。

在日本，分子科學(xué)研究所、東京工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)利用金屬與非金屬原子混合化合物，也就是有機(jī)絡(luò)合物模仿植物的機(jī)理，為揭示光合作用的機(jī)制做出了貢獻(xiàn)。但是，由于有機(jī)絡(luò)合物只能對陽光中的特定波長做出反應(yīng)，因此，在充分利用全波長太陽能上存在局限性。

此時(shí)，豐田中央研究所的研究成果成為了打開局面的契機(jī)。該所采用的是光催化劑中唯一有實(shí)用業(yè)績、已經(jīng)得到外墻防污涂料和空調(diào)過濾器采用的氧化鈦。氧化鈦的氧化還原能力強(qiáng)，是利用水制備氫氣時(shí)最常用的高效光催化劑。但單獨(dú)使用只能利用陽光制備氫氣，不能還原二氧化碳。

豐田中央研究所通過結(jié)合特殊的有機(jī)絡(luò)合物作為第二催化劑，在世界上第一個(gè)只使用水、氧氣和陽光，在常溫常壓狀態(tài)下成功實(shí)現(xiàn)了人工光合作用。

豐田中央研究所于2011年9月發(fā)表了研究成果。聽聞這一消息，松下尖端研主管研究員四橋聰史也不禁怏怏地表示“被搶先了一步”。

但豐田中央研究所發(fā)表的能量轉(zhuǎn)換效率為0.04％。四橋回顧當(dāng)時(shí)的情景時(shí)表示，“我們對趕超信心十足”。因?yàn)樗上虏捎玫氖且环N前所未有的全新方法。

社長宣言，沒了退路

2009年10月7日，家電展會(huì)“CEATEC JAPAN”在千葉幕張開幕。在座無虛席的觀眾面前，松下社長大坪文雄（當(dāng)時(shí)，現(xiàn)任會(huì)長）發(fā)出了這樣的宣言：“松下正在研究讓二氧化碳轉(zhuǎn)變成甲醇的光催化劑。這種催化劑能夠充分利用太陽能，在削減二氧化碳的同時(shí)，還能生產(chǎn)出燃料。”

聽罷演講，山田總監(jiān)所率領(lǐng)的京都松下尖端研的成員們仰天長嘆：“大坪社長在夏天來視察過，當(dāng)時(shí)我們的確做了展示，但沒想到社長竟然會(huì)這樣大張旗鼓地發(fā)表。原本只是‘要是成功的話挺不錯(cuò)’的事情一下子成了‘勢在必行’的事情�！�

松下從2009年開始高舉“環(huán)境革新企業(yè)”的大旗，大力發(fā)展光伏發(fā)電、燃料電池、鋰離子充電電池等能源領(lǐng)域。山田總監(jiān)說，正因?yàn)槿绱�，大坪社長才牢牢盯住了尖端研究員們的展示，但在當(dāng)時(shí)，多數(shù)的研究成員“雖然曾經(jīng)從事過燃料電池的研究，但對于人工光合作用幾乎都是外行”。

研究組瞄準(zhǔn)的光催化劑材料是GaN（氮化鎵）。GaN是電子企業(yè)非常熟悉的半導(dǎo)體。主要在藍(lán)寶石基板上結(jié)晶，作為藍(lán)色LED（發(fā)光二極管）的材料使用。而且，在控制電力的功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，GaN作為降低功率損失的新一代材料，同樣備受關(guān)注。主任研究員四橋指出：“是電子行家在思考光與電（能）的轉(zhuǎn)換時(shí)首先會(huì)想到的材料�！�

以往的研究者連想都沒有想過的GaN沒有辜負(fù)松下技術(shù)團(tuán)隊(duì)的希望，得到了預(yù)期的結(jié)果。研究結(jié)果顯示，與使用氧化鈦等氧化物相比，GaN能夠使電子達(dá)到更高的能態(tài)（激發(fā)態(tài)）。對于激發(fā)不足的部分，豐田中研利用有機(jī)絡(luò)合物進(jìn)行了補(bǔ)充，而松下尖端研通過GaN，使電子一次性達(dá)到了還原二氧化碳需要的能態(tài)。

另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是使用電子企業(yè)擅長的薄膜疊層技術(shù)。如下圖所示，藍(lán)寶石基板上疊加GaN，其上又疊加了AlGaN（氮化鋁鎵）層。AlGaN層的雜質(zhì)少，透明度非常高。按照設(shè)計(jì)，水分解出的質(zhì)子和電子各自順利分離到表面層與下層。主管研究員四橋強(qiáng)調(diào)說：“實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)依靠的是薄膜技術(shù)。借助這項(xiàng)技術(shù)，效率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)�！�

可以說，不受“模仿植物構(gòu)造”的傳統(tǒng)研究方向的束縛，發(fā)揮電子企業(yè)的強(qiáng)項(xiàng)是推動(dòng)研究取得進(jìn)展的動(dòng)力。

從世界范圍來看，人工光合作用也是關(guān)注的焦點(diǎn)。美國能源部計(jì)劃從2010年開始，在5年時(shí)間內(nèi)，向人工光合作用的實(shí)用化研究投入1.22億美元。在領(lǐng)跑的日本，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省從2012年7月開始，啟動(dòng)了企業(yè)研究所、大學(xué)等機(jī)構(gòu)參與的實(shí)用化開發(fā)項(xiàng)目。

現(xiàn)在還有很多技術(shù)都在研究之中，松下的山田總監(jiān)認(rèn)為：“目前，相對于專攻一點(diǎn)，還處于各種方法相互切磋、相互競爭，全面觀察可能性的階段�！保ㄈ战�(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）