La ricerca sulla scissione dell'acqua per la produzione di idrogeno solare si è concentrata sui processi fisici all'interno del semiconduttore, come l'assorbimento della luce, separazione di carica, e processi chimici sulla superficie che sono molto complessi e si basano sullo sviluppo di nuovi materiali. Però, i processi all'interno della soluzione dovevano ancora essere esplorati a fondo.

Un approccio recente per migliorare la produzione di idrogeno fotocatalitico è stato proposto caricando gruppi fosfonato sulla superficie del fotocatalizzatore fotocatalitico sensibile alla luce visibile lantanio e titanato di stronzio drogato con rodio (La, Rh:STO) con un agente di accoppiamento silanico. Il gruppo funzionale fosfonato funziona come mediatore della fornitura di protoni (cioè, favorisce l'apporto di reagenti) e migliora l'attività di produzione di idrogeno.

Ci sono stati esempi di ricerca che utilizzano un elettrolita non tamponato o una soluzione tampone fosfato come soluzione di reazione nella reazione di scissione dell'acqua fotocatalitica. Però, il primo è principalmente un'interazione elettrostatica tra materiale fotocatalitico e ioni nella soluzione, mentre quest'ultimo si concentra sulla funzione dell'anione fosfato come mediatore protonico. Questi sono equivalenti al design dell'elettrolita sfuso.

Il concetto proposto in questo studio non è né lo sviluppo del materiale stesso né la progettazione dell'elettrolita sfuso, ma progettazione dell'interfaccia elettrolita-fotocatalizzatore:un nuovo concetto che consente il controllo dei fenomeni fisico-chimici in soluzione, specialmente in prossimità della superficie del catalizzatore tramite gruppi funzionali immobilizzati sulla superficie della polvere del fotocatalizzatore. I gruppi funzionali fosfonato immobilizzati sulla superficie del fotocatalizzatore in polvere forniscono efficacemente protoni al sito attivo. I gruppi funzionali fosfonato immobilizzati sulla superficie del fotocatalizzatore in polvere contribuiscono al potenziamento dell'attività di produzione di idrogeno fungendo da mediatori per fornire efficacemente protoni al sito attivo.

Per la gioia del ricercatore capo Yosuke Kageshima, quando la soluzione tampone fosfato sfusa è stata utilizzata come soluzione di reazione, l'attività di produzione di idrogeno di La, Rh:STO è stato notevolmente ridotto. Sebbene sia comune concentrarsi sulla funzione degli anioni fosfato come mediatori protonici, l'approccio di immobilizzare i gruppi funzionali vicino all'interfaccia solido-liquido può essere una metodologia ad ampio raggio che è efficace indipendentemente dai materiali utilizzati.

Un ulteriore miglioramento dell'attività mediante l'aumento della concentrazione di gruppi funzionali fosfonati immobilizzati sulla superficie sarà esplorato in ulteriori studi. Sono necessarie una valutazione quantitativa dettagliata del processo di diffusione dei gruppi funzionali fosfonato, nonché l'espansione per l'uso nella reazione di decomposizione complessiva dell'acqua. L'assistente professore Kageshima spera di costruire un dispositivo di fotosintesi artificiale autonomo che contribuisca alla realizzazione di una società a basse emissioni di carbonio attraverso l'applicazione pratica della produzione di idrogeno solare, che converte l'energia solare in energia chimica vantaggiosa per lo stoccaggio e il trasporto.