制造用于利用光分解水的电极的方法和采用该方法得到的水分解用电极技术

提供具有高的水分解效率的水分解用电极。本发明专利技术是制造用于利用光来分解水的具备助催化剂层的电极的方法，该方法具备以下工序：工序(a)：在基板的导电性的主面上形成含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种的催化剂层；工序(b)：在含有氧化性气体杂质的稀有气体气氛中，在所述催化剂层上形成过渡金属氧化物层，得到具备所述基板、所述催化剂层和所述过渡金属氧化物层的层叠体；工序(c)：将所述层叠体浸渍于电解质水溶液中；和工序(d)：在所述电解质水溶液中对所述层叠体施加正电位，使所述过渡金属氧化物层变成所述助催化剂层。

A method of producing an electrode for using light to decompose water and an electrode for water decomposition obtained by this method

An electrode for water decomposition with high water decomposition efficiency is provided. The present invention relates to a manufacturing method for electrode catalyst layer with the use of light to the decomposition of water, this method has the following steps: (step a): the catalyst layer is formed at least one of the nitrogen oxides containing catalyst containing niobium and Nb nitride in the main surface of the conductive substrate (on the process; b): in a rare gas atmosphere containing oxidizing gas impurities in transition metal oxide layer formed on the catalyst layer, obtained with the substrate, the catalyst layer and the transition metal oxide layer of the laminate process; (c): the laminated body immersed in electrolyte aqueous solution process; and (d): the applied potential of the laminate in the electrolyte solution, the transition metal oxide layer into the catalyst layer.

【技术实现步骤摘要】
制造用于利用光分解水的电极的方法和采用该方法得到的水分解用电极
本专利技术涉及制造用于利用光来分解水的电极的方法和采用该方法得到的水分解用电极。
技术介绍
专利文献1公开了一种显示良好的起始电位的水分解用光电极。专利文献1中记载的水分解用光电极具有支持体、光催化剂层和过渡金属氧化物层，所述光催化剂层配置在支持体上，包含吸收可见光，并且具有选自元素周期表第4A族元素、第5A族元素、第6A族元素、第1B族元素、第2B族元素、第3B族元素和第4B族元素之中的至少一种金属元素的光半导体，所述过渡金属氧化物层配置在光催化剂层上，是采用原子层堆积法形成的，包含金属氧化物半导体。过渡金属氧化物层的厚度为3～40nm。在先技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/151775号专利文献2：美国专利申请公开第2010/0133111号说明书非专利文献1：MatthewW.Kananet.al.,“InSituFormationofanOxygen-EvolvingCatalystinNeutralWaterContainingPhosphateandCo2+”,Science,Vol.321,1072-1075(22August2008)非专利文献2：峯尾岳大等，《采用电化学XAFS法对光电极上的磷酸钴助催化剂的研究》，PhotoFactoryActivityReport2013Vol.31,(2014)B,BL-12C,9A/2012G752非专利文献3：山方启等，《向担载于光催化剂上的助催化剂的电子移动和空穴移动》，第8次分子科学讨论会，2B15，2014年非专利文献4：DonghyeonKanget.al.“ElectrochemicalSynthesisofPhotoelectrodesandCatalystsforUseinSolarWaterSplitting”,ChemicalReviews,2015.Vol.115,pp.12839-12887非专利文献5：N.S.McIntyreetal.,X-RayPhotoelectronStudiesonSomeOxidesandHydroxidesofCobalt,Nickel,andCopper,ANALYTICALCHEMISTRY,VOL.47,NO.13,NOVEMBER1975,pp.2208-2213
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供具有高的水分解效率的水分解用电极。本专利技术是制造用于利用光来分解水的电极的方法，所述电极具备助催化剂层，该方法具备以下工序：工序(a)：在基板的导电性的主面上形成催化剂层，所述催化剂层含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种；工序(b)：在含有氧化性气体杂质的稀有气体气氛中，在所述催化剂层上形成过渡金属氧化物层，得到具备所述基板、所述催化剂层和所述过渡金属氧化物层的层叠体；工序(c)：将所述层叠体浸渍于电解质水溶液中；和工序(d)：在所述电解质水溶液中对所述层叠体施加正电位，使所述过渡金属氧化物层变化为所述助催化剂层。本专利技术提供具有高的水分解效率的水分解用电极。附图说明图1A表示实施方式涉及的水分解用电极的制造方法中所含的一工序的截面图。图1B与图1A所示的工序接续而表示实施方式涉及的水分解用电极的制造方法中所含的一工序的截面图。图1C与图1B所示的工序接续而表示实施方式涉及的水分解用电极的制造方法中所含的一工序的截面图。图1D与图1C所示的工序接续而表示实施方式涉及的水分解用电极的制造方法中所含的一工序的截面图。图1D也是实施方式涉及的水分解用电极的截面图。图2表示实施方式涉及的氢生成装置的概略图。图3是实施例1中的由NbON形成的催化剂层2的表面的扫描透射型电子显微镜像和基于该像的元素组成分析结果。图4A表示实施例1的工序(b)刚结束后的、由Co氧化物形成的过渡金属氧化物层3的HAXPES解析结果。图4B表示实施例1的工序(b)刚结束后的、由铌化合物形成的催化剂层2的HAXPES解析结果。图4C表示实施例1的工序(d)刚结束后的、由Co氧化物形成的过渡金属氧化物层3的HAXPES解析结果。图4D表示实施例1的工序(d)刚结束后的、由铌化合物形成的催化剂层2的HAXPES解析结果。图4E表示比较例1的工序(b)刚结束后的、由Co形成的过渡金属层的HAXPES解析结果。图4F表示比较例1的工序(b)刚结束后的、由铌化合物形成的催化剂层2的HAXPES解析结果。图4G表示比较例1的工序(d)刚结束后的、由Co形成的过渡金属层的HAXPES解析结果。图4H表示比较例1的工序(d)刚结束后的、由铌化合物形成的催化剂层2的HAXPES解析结果。图5是具备过渡金属氧化物层3的基板1的扫描透射型电子显微镜像。图6是表示实施例1、比较例1和比较例2中的、电极100的光电流的电流密度与时间的关系的曲线图。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。图1A～图1D表示实施方式涉及的水分解用电极的制造方法中所含的工序的截面图。实施方式涉及的水分解用电极的制造方法，是制造用于利用光来分解水的具备助催化剂层的电极的方法，具备以下工序：工序(a)：在基板1的主面上形成催化剂层2，该催化剂层2含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种，其中，主面为导电性的；工序(b)：在含有氧化性气体杂质的稀有气体气氛中，在催化剂层上形成过渡金属氧化物层3，得到具备基板、催化剂层和过渡金属氧化物层的层叠体4，其中，过渡金属氧化物层含有过渡金属氧化物；工序(c)：将层叠体浸渍于电解质水溶液中；和工序(d)：对浸渍于电解质水溶液中的层叠体施加正电位，使过渡金属化合物层转换为助催化剂层。(工序(a))如图1A所示，首先，准备基板1。基板1的主面1a为导电性的。具体而言，基板1可具备绝缘性基板11和层叠在该绝缘性基板11上的导电性膜12。优选绝缘性基板11具有针对含电解质的水溶液的耐腐蚀性。绝缘性基板11的材料的例子有玻璃、树脂、石英或蓝宝石。导电性膜12的材料的例子有金属或透明导电性氧化物。接着，如图1B所示，在主面1a上形成催化剂层2。催化剂层2可以形成在整个主面1a上，也可以形成在主面1a的一部分上。催化剂层2含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种半导体光催化剂。作为一例，催化剂层2由选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种半导体光催化剂构成。该半导体光催化剂的材料的例子，有NbON、Nb3N5、CaNbO2N、SrNbO2N或BaNbO2N。优选的半导体光催化剂的例子为NbON或Nb3N5。换言之，优选的半导体光催化剂是铌氮氧化物或铌氮化物。由化学式NbON或Nb3N5表示的化合物，吸收具有可见光区域的波长的光。而且，由化学式NbON或Nb3N5表示的化合物，具有适合于分解水的光催化能带结构。因此，能利用太阳光作为光源来在这样的半导体光催化剂的表面上分解水。半导体光催化剂是n型半导体。因此，在水分解用电极的表面上生成氧。即，水在水分解用电极的表面上被氧化。催化剂层2可采用例如溅射法、粉末涂布-固定法、蒸镀法或液相涂布法形成。也可以在主面1a上形成含铌的化合物前驱体层，接着在氮化合物气体气氛中加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造用于利用光来分解水的电极的方法，所述电极具备助催化剂层，该方法具备以下工序：工序(a)：在基板的导电性的主面上形成催化剂层，所述催化剂层含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种；工序(b)：在含有氧化性气体杂质的稀有气体气氛中，在所述催化剂层上形成过渡金属氧化物层，得到具备所述基板、所述催化剂层和所述过渡金属氧化物层的层叠体；工序(c)：将所述层叠体浸渍于电解质水溶液中；和工序(d)：在所述电解质水溶液中对所述层叠体施加正电位，使所述过渡金属氧化物层变成所述助催化剂层。

【技术特征摘要】
2016.06.20 JP 2016-1215791.一种制造用于利用光来分解水的电极的方法，所述电极具备助催化剂层，该方法具备以下工序：工序(a)：在基板的导电性的主面上形成催化剂层，所述催化剂层含有选自含铌的氮氧化物和含铌的氮化物之中的至少任一种；工序(b)：在含有氧化性气体杂质的稀有气体气氛中，在所述催化剂层上形成过渡金属氧化物层，得到具备所述基板、所述催化剂层和所述过渡金属氧化物层的层叠体；工序(c)：将所述层叠体浸渍于电解质水溶液中；和工序(d)：在所述电解质水溶液中对所述层叠体施加正电位，使所述过渡金属氧化物层变成所述助催化剂层。2.根据权利要求1所述的方法，所述稀有气体是氩气。3.根据权利要求1所述的方法，所述稀有气体的分压为10-1Pa以上且102Pa以下。4.根据权利要求1所述的方法，所述氧化性气体杂质是选自氧气和水之中的至少任一种。5.根据权利要求1所述的方法，所述氧化性气体杂质的分压为10-5Pa以上且100Pa以下。6.根据权利要求1所述的方法，所述电解质水溶液含有选自磷酸氢根离子和磷酸二氢根离子之中的至少任一种。7.根据权利要求1所述的方法，所述电解质水溶液的pH值为12以上。8.根据权利要求1所述的方法，所述含铌的氮氧化物是由化学式NbON表示的铌氮氧化物，并且，所述含铌的氮化物是由化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：藏渕孝浩，万家美纱，羽藤一仁，阿部龙，东正信，苎坪敬荣，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP