复合光触媒及光触媒材料制造技术

本发明专利技术公开了如下复合光触媒，其在可见光照射下具有高的水分解活性，包含产氢用光触媒粒子和产氧用光触媒粒子。此外，还公开了包含复合光触媒的光触媒层固定于基材上的光触媒材料。复合光触媒包含一次粒径为100nm以下的产氢用可见光应答型光触媒粒子和产氧用可见光应答型光触媒粒子，所述产氢用可见光应答型光触媒粒子与所述产氧用可见光应答型光触媒粒子相互接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及如下复合光触媒，其包含可进行利用可见光的水的光分解反应的产氢 用光触媒粒子及产氧用光触媒粒子。此外，本专利技术还涉及将包含可利用可见光进行水的光 分解反应的产氢用光触媒粒子及产氧用光触媒粒子的光触媒层固定于基材上的光触媒材 料。
技术介绍
可见光应答型光触媒是可利用太阳光中大量包含的可见光线的光触媒。该可见光 应答型光触媒可期待应用于有机物的光分解、通过水的光分解的氢制造。其中，以氢的制造 为目标的水分解用光触媒作为用于利用了可再生能源的氢制造方法的光触媒而受到关注。 其结果，对可得到高活性的水分解用光触媒的需求逐年提高。 作为具有可见光应答性的水分解用光触媒，已知铑掺杂钛酸锶（Rh-SrTiO3)通过 水的光分解的产氢能力非常高。此外，已知将产氧用光触媒粒子与Rh-SrTiO 3粒子组合的 Z Scheme型系统如下，通过向因 PH调节而使该2种粒子形成相互凝集状态的水悬浮液照 射可见光，可在完全水分解反应下以〇. 1 %以上的高能量转换效率产生氢及氧（Sasaki等， J. Phys. Chem. C 17536 ~17542 页，2009 年（非专利文献 1))。 已知以往上述肋-51"1103通过固相反应法、水热合成法制作，在上述方法中进行在 1000°C左右下烧成的高结晶化处理。已知由此得到的Rh-SrTiCVt子的一次粒径为数百 nm~数μ m左右，在可见光照射下显示出高产氢能力。另一方面，为了使Rh-SrTiO3粒子具 有更高活性，希望有Rh-SrTiO 3粒子的比表面积增大即微细结晶的Rh-SrTiO 3粒子。此外， 使具有高产氢能力的Rh-SrTiCVt子与产氧用光触媒粒子复合，使用该复合光触媒，从而可 望提尚完全水分解反应的转换效率。 此外，在日本特开2012-187520号公报（专利文献2)中记载了如下水分解用光触 媒固定化物，其为在基材上具有光触媒层的水分解用光触媒固定化物，所述光触媒层包含 含有Ga、Zn、Ti、La、Ta及Ba原子的氮化物或氮氧化物的可见光应答型光学半导体、该光学 半导体所承载的助催化剂和选自二氧化硅、氧化铝及氧化钛中的至少一个以上的亲水性无 机材料。根据该文献，通过在光触媒层中使可见光应答型光触媒与亲水性无机材料共存，水 分解反应时，不仅可使水侵入到光触媒层的表面附近，还能侵入到内部，同时由亲水性表面 使生成的气体难于附着于光触媒层，其结果可促进生成的气体向气相中的扩散。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2012-056947号公报 专利文献2 :日本特开2012-187520号公报 非专利文献非专利文献 I :Sasaki 等、J. Phys. Chem. C 17536 ~17542 页、2009 年
技术实现思路
本专利技术者此次得到了如下见解，实现了兼顾高结晶性和一次粒子微细化的可见光 应答型光触媒粒子的制造，通过将此种微细的产氢用可见光应答型光触媒粒子与产氧用可 见光应答型光触媒粒子组合，可得到产氢能力高的复合光触媒，优选为水分解用可见光应 答型复合光触媒。此外，还得到了如下见解，将此种微细的产氢用光触媒粒子与产氧用光触 媒粒子固定于基材上，其结果可得到产氢能力高的光触媒材料。本专利技术是基于所述见解的 专利技术。 因此，本专利技术的目的在于，提供使兼顾高结晶性和一次粒子微细化的产氢用可见 光应答型光触媒粒子与产氧用可见光应答型光触媒粒子相互接触而形成的产氢能力高的 复合光触媒。此外，本专利技术的目的还在于，将兼顾高结晶性和一次粒子微细化的产氢用可见 光应答型光触媒粒子和产氧用可见光应答型光触媒粒子固定于基材上的产氢能力高的光 触媒材料。 而且，本专利技术的复合光触媒的特征在于，包含一次粒径为IOOnm以下的产氢用可 见光应答型光触媒粒子和产氧用可见光应答型光触媒粒子，产氢用可见光应答型光触媒粒 子与产氧用可见光应答型光触媒粒子相互接触。此外，本专利技术的光触媒材料的特征还在于， 包含基材和固定于该基材上而形成的光触媒层，光触媒层包含一次粒径为IOOnm以下的产 氢用可见光应答型光触媒粒子和产氧用可见光应答型光触媒粒子，产氢用可见光应答型光 触媒粒子与产氧用可见光应答型光触媒粒子相互接触。 根据本专利技术的复合光触媒及光触媒材料，可得到在可见光照射下体现高的光触媒 活性的可进行水分解的复合光触媒及光触媒材料。【附图说明】 图1是本专利技术的水分解用可见光应答型光触媒材料截面的模式图。 图2是本专利技术的水分解用可见光应答型复合光触媒中所含有的铑掺杂钛酸锶粒 子的扫描型电子显微镜照片。 图3是将本专利技术的水分解用可见光应答型复合光触媒固定在阳极氧化铝膜上的 光触媒材料的扫描型电子显微镜照片。 符号说明 1-产氢用光触媒粒子；2-产氧用光触媒粒子；3-粒子间空隙；4-基材；5-厚度。【具体实施方式】 定义 本说明书中，"可见光"是指人可用眼睛目视确认的波长的电磁波（光）。是指优 选为包含380nm以上波长的可见光线的光，更优选为包含420nm以上波长的可见光线的光。 此外，作为包含可见光线的光，可将太阳光、集光而提高能量密度的集光太阳光或氣灯、齒 素灯、钠灯、荧光灯、发光二极管等的人工光源用作光源。可优选为将倾泻到地球上无穷无 尽的太阳光用作光源。由此，因可利用占太阳光线的60%以上的可见光线，所以，可提高作 为从水中分解出氢及氧的指标的能量转换效率。 复合光触媒 本专利技术的复合光触媒为如下复合光触媒，包含一次粒径为IOOnm以下的通过利用 可见光的水的光分解反应而可产生氢的光触媒粒子和通过利用可见光的水的光分解反应 而产生氧的光触媒粒子，产氢用可见光应答型光触媒粒子与产氧用可见光应答型光触媒粒 子相互接触。因根据本专利技术的复合光触媒优选为水分解用可见光应答型复合光触媒（以 下，也将这些仅称为"复合光触媒"。），而使用一次粒径为IOOnm以下的微细的产氢用可见 光应答型光触媒粒子（以下，也仅称为"产氢用光触媒粒子"。），所以，可提高在水的完全光 分解反应中成为限速的产氢用的光分解反应效率。此外，因本专利技术的复合光触媒为使此种 产氢能力高的产氢用光触媒粒子与产氧用可见光应答型光触媒粒子（以下，也仅称为"产 氧用光触媒粒子"。）相接触而使用，所以，可有效发挥此2种光触媒各自的能力。其结果， 可高效实现水的完全光分解。 本专利技术的复合光触媒显示具有光学带隙的半导体物性，吸收可见光。由此，通过带 间跃迀等的电子跃迀，在传导带（或带隙内存在的电子受体能级）产生激发电子，通过在价 电子带（或带隙内存在的电子施主能级）产生激发空穴，而分别还原及氧化反应对象物。 此外，本专利技术的复合光触媒中，产氢用光触媒粒子与产氧用光触媒粒子相接触。由 此，可分别进行以下反应，产氢用光触媒粒子可进行产氢反应，产氧用光触媒粒子可进行产 氧反应。此外，因本专利技术的复合光触媒可使反应位点分离，所以，可抑制产生的氢和氧因逆 反应再生为水而降低水分解的反应速度等。 本专利技术的复合光触媒中，其中所含有的产氢用光触媒粒子与产氧用光触媒粒子的 混合比率以重量比计，优选为产氢用光触媒粒子：产氧用光触媒粒子=10:90~90:10,更 优选为20:80~80:20。通过为该范围，可促进复合光触媒粒子的接触界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合光触媒，其特征在于，包含一次粒径为100nm以下的产氢用可见光应答型光触媒粒子和产氧用可见光应答型光触媒粒子，所述产氢用可见光应答型光触媒粒子与所述产氧用可见光应答型光触媒粒子相互接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：德留弘优，奥中早百合，
申请(专利权)人：TOTO株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP