通过使用迈克尔逊干涉仪在操作 FT-IR光谱中同步光催化剂的周期性激励，富士山俊树领导的研究团队成功检测并表征了参与光催化氢气生产的反应性电子物种。这项研究挑战了传统观点，揭示在光催化中发挥作用的并不是金属共催化剂中自由可用的电子，而是被困在这些共催化剂边缘的电子直接贡献。
自1972年本田和藤岛首次发现光化学氢气生产以来，异相光催化领域受到相当大的关注，并继续成为一个动态的研究领域。深入了解参与光催化还原的反应性电子物种和活性位点对于开发能够增强氢气产生作为可持续能源来源的新催化剂至关重要。
尽管其重要性显著，但实现对光催化中微观过程的详细理解一直是一个挑战。这一困难源于光激发反应性电子物种产生的微弱光谱信号容易被由热激发非反应电子产生的强背景信号所掩盖，尤其是在长时间的光子照射下。这种背景干扰通常是由于在真实光催化反应过程中催化剂样品的温度升高造成的。
来自研究生院先进研究所分子科学研究所的研究团队（佐藤裕昌博士和富士山俊树教授）成功地显著减少了热激发电子的信号，从而使得观察到参与光催化氢气生产的反应性光激发电子成为可能。这一突破是通过一种新方法实现的，该方法通过迈克尔逊干涉仪将光催化剂的毫秒周期性激励与FT-IR光谱学同步。
该技术在蒸汽甲烷重整和水分解反应中成功地应用于金属负载氧化物光催化剂。传统上，认为这些负载金属共催化剂充当电子汇，并作为还原反应的活性位点。然而，研究人员发现，金属共催化剂内部的自由电子并不直接参与光催化还原。相反，弱困在氧化物的能隙状态中的电子主要负责在存在金属共催化剂时增强氢气生产速率。这些能隙状态中电子的丰富程度，特别是由金属在半导体表面诱导的电子，与反应效率有着强相关性，表明这些金属诱导的半导体表面状态在金属共催化剂边缘对光催化氢气的演变至关重要。
这些新的微观发现挑战了之前关于金属共催化剂在光催化作用中的功能的信念，并为金属/氧化物界面的战略设计奠定了基础，这可能成为有效的非热氢气生产平台。此外，这种创新的操作红外光谱学方法在众多在光和/或外部电场影响下运行的催化系统和材料中具有广泛的适用性。因此，这一新技术具有重大发掘隐藏因素的潜力，从而提高催化剂的效能，推动环保能源技术的进步，实现可持续的未来。
