赤外吸収分光とリアルタイム質量分析を、単分子層レベルで水分子の吸着量を精密に制御できる水蒸気環境下で組み合わせ、界面水(1)の量の影響を切り分けることで、界面水そのものの反応性(2)を定量評価する新たな枠組みを構築しました。従来、光触媒反応には強いH2O-TiO2界面相互作用をもつ親水性の高い界面が有利と考えられてきましたが、本研究ではH2O-TiO2相互作用が相対的に弱く、より柔軟な水素結合ネットワーク(3)を形成する界面水ほど高い反応性を示すことを明らかにしました。界面水の構造と反応性の相関を、光触媒表面設計における新たな分子レベルの設計指針として提示し、界面水の状態を制御して触媒性能を高める「界面水デザイン・エンジニアリング」の方向性を示しました。