复合光催化剂的制造方法以及复合光催化剂技术

技术编号:15526476 阅读:186 留言:0更新日期:2017-06-04 14:30
本发明专利技术提供一种可高分散地使粒子尺寸小的助催化剂高效地担载在光学半导体的表面,同时具有显著的水分解活性的复合光催化剂的制造方法。本发明专利技术是由多种光学半导体来制造复合光催化剂的方法,其特征在于,具有对含有溶剂、助催化剂(或助催化剂源)、多种光学半导体的固液混合物照射微波进行加热的工序。

Process for producing composite photocatalyst and composite photocatalyst

The present invention provides a method for producing a composite photocatalyst capable of highly dispersing a particle with a small catalyst size and efficiently carrying the surface of an optical semiconductor while having significant water splitting activity. The present invention is a method to manufacture by a variety of optical semiconductor photocatalyst, which is characterized in that of solvent, catalyst (or catalyst source), solid-liquid mixture microwave optical semiconductor heating process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合光催化剂的制造方法以及复合光催化剂
本专利技术涉及可通过利用太阳光进行的水分解反应来制造氢及/或氧的复合光催化剂的制造方法。
技术介绍
近年来,利用光催化剂和太阳能分解水来制造氢或氧的技术受到注目。现今所研究的光催化剂通常是在氧化物、氮氧化物或氮化物等光学半导体表面担载助催化剂而成。通过担载助催化剂可以提高光催化剂的活性(例如非专利文献1、2)。作为在光学半导体表面担载助催化剂的方法,已知有含浸担载法(例如专利文献1)。除了含浸担载法以外,也提出有其他各种方法(例如非专利文献3、4)。另一方面,使用光学半导体构成光催化剂时,存在事先使用无机酸对光学半导体的表面进行酸处理的情况(专利文献2~4或非专利文献5等)。例如专利文献2中,通过对Aurivillus相化合物使用盐酸等无机酸实施酸处理,以获得H型层状钙钛矿型光催化剂。此外,专利文献3中,通过对通式(I):ABCO4(A为银,B为选自镧系元素及钇构成的群中的1种以上的元素,C为选自IVa族元素的1种以上的元素)所示的光催化剂,使用低浓度的硝酸进行酸处理,以提高光催化剂活性。此外,专利文献4中,通过对氧化钛实施矿酸处理(无机酸处理),以提高光催化剂活性。进一步,非专利文献5中,通过使光学半导体的表面接触王水15秒左右,来提高作为光催化剂时的水分解活性。现有技术文献专利文献专利文献1:日本国日本专利特开2012-050913号公报专利文献2:日本国日本专利特开2003-260356号公报专利文献3:日本国日本专利特开平10-244164号公报专利文献4:日本国日本专利特开平7-303835号公报非专利文献非专利文献1:Chem.Asian.J.,2012,7,642-657非专利文献2:J.Chem.Soc.,FaradayTrans.1,1988,84(8),2795-2806非专利文献3:Catal.Lett.,2009,129,404非专利文献4:J.Mat.Chem.,2013,1,8101非专利文献5:Nano.Lett.,2014,14,1038-1041
技术实现思路
然而,在专利文献1的含浸担载法中,难以控制光学半导体表面上担载的助催化剂的粒子大小,此外,难以在光学半导体的表面高分散地担载助催化剂。此外,非专利文献3、4中公开的方法存在制造工序或制造装置复杂化的情况。基于这样的背景,需求一种无需复杂的工序或装置即可控制粒子大小以及高分散地担载助催化剂,从而提高水分解活性的光催化剂的制造方法。此外,如同专利文献2~4或非专利文献5中公开的使用无机酸进行光学半导体的酸处理时,存在该无机酸在短时间内渗透到光学半导体内部,腐蚀光学半导体等,反而降低光催化剂活性的情况。此外,还存在该无机酸易于侵入光学半导体内部,造成酸处理不均的担忧。事实上,在非专利文献5中,酸处理的时间超过15秒时,水分解活性即降低。即,使用无机酸时,难以控制酸处理。此外,无机酸挥发性高,即使想在酸处理后再利用该无机酸,其回收也相当困难。另一方面,使用羧酸(尤其是一元羧酸或二元羧酸)时,存在光学半导体的酸处理没有恰当进行的情况,不能必然提高水分解活性。从这样的背景出发,需要一种能通过恰当进行光学半导体表面的酸处理,从而提高水分解活性的光学半导体的制造方法或光催化剂的制造方法。因此,本专利技术的课题在于,提高一种具有优异的水分解活性的光催化剂的制造方法。例如,本专利技术提供一种通过高分散地使粒子尺寸小的助催化剂高效地担载于光学半导体的表面,从而提高水分解活性的光催化剂及其制造方法,以及助催化剂在该光催化剂上的担载方法。或者,本专利技术提供一种通过以简单方法控制酸处理,使光学半导体的表面恰当地进行酸处理,从而提高水分解活性的光学半导体的制造方法及光催化剂的制造方法。为解决上述课题,本专利技术人通过精心研究发现了以下的见解。(1)通过利用微波加热,在液体中,使多种不同的光学半导体与助催化剂一起复合化,从而可制造水分解活性得到提高的复合光催化剂。(2)通过在封闭体系内的微波加热,可以不经过复杂的工序,使小粒径的助催化剂高分散地担载在光学半导体上。此外,通过这样制造而得的光催化剂相比于现有的光催化剂,水分解活性得到了提高。(3)使聚有机酸溶液与既定的光学半导体的表面接触时,聚有机酸不易侵入光学半导体的内部,使光学半导体的表面宛如磨光一样地慢慢溶解等。即,可以容易地控制酸处理,使光学半导体的表面整体适当均匀地进行酸处理。据此,可以适当地去除光学半导体的表面缺陷及界面缺陷等,恰当地提高水分解活性。(4)使有机磺酸溶液与既定的光学半导体的表面接触时,可以使光学半导体不被过度腐蚀,慢慢溶解光学半导体的表面等。即,可以容易地控制酸处理,使光学半导体的表面整体适当均匀地进行酸处理。据此,可以适当地去除光学半导体的表面缺陷及界面缺陷等,恰当地提高水分解活性。根据基于上述见解(1)的第1专利技术,可以解决上述课题。即,第1本专利技术是由多种光学半导体制造复合光催化剂的方法,其特征在于,具有对含有溶剂、助催化剂(或助催化剂源)、多种光学半导体的固液混合物,照射微波加热固液混合物的加热工序。“光学半导体”是指通过吸收光可以产生空穴和电子的半导体。“助催化剂源”是指通过在溶液中与光学半导体一同被加热,能成为助催化剂的物质(成分、元素、离子)。“微波”是指频率300MHz以上30GHz以下的电磁波。第1本专利技术,优选在照射微波之前,固液混合物中的助催化剂源以溶解于溶剂的状态而存在。或者,第1本专利技术中,在照射微波之前,可为固液混合物中的助催化剂与光学半导体在溶剂中均作为固体存在,助催化剂呈担载于所述光学半导体的状态。此时,第1本专利技术中,例如,作为加热工序的前置工序,具备以下工序:将第1光学半导体以与溶解有助催化剂源的溶液接触的状态通过微波加热,由此在第1光学半导体上担载助催化剂的第1担载工序;将第2光学半导体以与溶解有助催化剂源的溶液接触的状态通过微波加热,由此在第2光学半导体上担载助催化剂的第2担载工序;将担载有助催化剂的第1光学半导体与担载有助催化剂的第2光学半导体包含于溶剂中,制成上述固液混合物的混合工序。第1本专利技术中,优选多种光学半导体之中的至少一种是氧化物、氮化物、氮氧化物、硫族化合物或氧硫族化合物,该氧化物、氮化物、氮氧化物、硫族化合物或氧硫族化合物含有选自Ti、V、Ga、Zn、Bi、Nb及Ta构成的群中的1种以上元素。第1本专利技术中,优选多种光学半导体之中的至少一种是BaTaO2N、BaNbO2N、TaON、Ta3N5、LaTiO2N、BiVO4、GaN:ZnO或它们的部分取代物。“它们的部分取代物”是指构成化合物的部分元素被掺杂元素取代的化合物。第1本专利技术中,优选助催化剂或所述助催化剂源含有Co或Co离子。或者,助催化剂或助催化剂源可以是含有Pt单体或含Pt化合物的物质。第1本专利技术中,优选溶剂是水、醇或其混合溶剂。第1本专利技术涉及的加热工序中,优选在封闭体系内照射微波加热固液混合物。“封闭体系内”是指体系内溶液的温度超过在体系外的沸点时,随着温度上升压力也相比于体系外上升的体系内。第1本专利技术涉及的第1担载工序及第2担载工序中,优选在封闭体系内照射微波。优选在封闭体系内进行加热工序、第1担载工序及第2担载工序时,该封闭体本文档来自技高网
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复合光催化剂的制造方法以及复合光催化剂

【技术保护点】
一种复合光催化剂的制造方法,是由多种光学半导体来制造复合光催化剂的方法,其特征在于,其具备对下述固液混合物照射微波,加热所述固液混合物的加热工序,所述固液混合物含有溶剂、助催化剂和所述多种光学半导体,或者含有溶剂、助催化剂源和所述多种光学半导体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.21 JP 2014-236221;2015.01.27 JP 2015-013001.一种复合光催化剂的制造方法,是由多种光学半导体来制造复合光催化剂的方法,其特征在于,其具备对下述固液混合物照射微波,加热所述固液混合物的加热工序,所述固液混合物含有溶剂、助催化剂和所述多种光学半导体,或者含有溶剂、助催化剂源和所述多种光学半导体。2.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制造方法,在照射所述微波之前,所述固液混合物中的助催化剂源以溶解于所述溶剂中的状态存在。3.根据权利要求1所述的复合光催化剂的制造方法,在照射所述微波之前,所述固液混合物中的所述助催化剂与所述光学半导体在所述溶剂中均作为固体存在,所述助催化剂呈担载于所述光学半导体的状态。4.根据权利要求3所述的复合光催化剂的制造方法,作为所述加热工序的前置工序,具备以下工序:将第1光学半导体以与溶解有所述助催化剂源的溶液接触的状态通过微波加热,由此在所述第1光学半导体上担载助催化剂的第1担载工序;将第2光学半导体以与溶解有所述助催化剂源的溶液接触的状态通过微波加热,由此在所述第2光学半导体上担载助催化剂的第2担载工序;将担载有所述助催化剂的所述第1光学半导体与担载有所述助催化剂的所述第2光学半导体包含于所述溶剂中,制成所述固液混合物的混合工序。5.根据权利要求1~4的任意一项所述的制造方法,所述多种光学半导体之中的至少一种是氧化物、氮化物、氮氧化物、硫族化合物或氧硫族化合物,所述氧化物、氮化物、氮氧化物、硫族化合物或氧硫族化合物含有选自Ti、V、Ga、Zn、Bi、Nb及Ta构成的群中的1种以上元素。6.根据权利要求5所述的制造方法,所述多种光学半导体之中的至少一种是BaTaO2N、BaNbO2N、TaON、Ta3N5、LaTiO2N、BiVO4、GaN:ZnO或它们的部分取代物。7.根据权利要求1~6的任意一项所述的制造方法,所述助催化剂或所述助催化剂源含有Co或Co离子。8.根据权利要求1~7的任意一项所述的制造方法,所述溶剂是水、醇类或它们的混合溶剂。9.根据权利要求1~8的任意一项所述的复合光催化剂的制造方法,所述加热工序中,在封闭体系内照射微波对所述固液混合物进行加热。10.根据权利要求4所述的复合光催化剂的制造方法,所述第1担载工序及所述第2...

【专利技术属性】
技术研发人员:秋山诚治堂免一成
申请(专利权)人:三菱化学株式会社国立大学法人东京大学人工光合成化学工艺技术研究组合
类型:发明
国别省市:日本,JP

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