水分解用光催化剂、电极及水分解装置制造方法及图纸

本发明专利技术的课题为提供一种能够形成耐久性及可见光响应性优异且气体生成量优异的水分解装置的水分解用光催化剂及具有该水分解用光催化剂的水分解装置。本发明专利技术的水分解用光催化剂用于在浸渍于水中的状态下通过照射光而产生气体的电极，该水分解用光催化剂包含由式(Ln)

Photocatalyst, electrode and water decomposition device for water decomposition

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水分解用光催化剂、电极及水分解装置
本专利技术为涉及一种水分解用光催化剂、电极及水分解装置。
技术介绍
近年来，从削减二氧化碳排放、能源清洁的观点出发，利用太阳能，通过光催化剂分解水而制造氢及氧的技术受到瞩目。作为这种水分解用光催化剂，专利文献1中公开有氮氧化物(oxynitride)、氮化物(nitride)、硫氧化物(oxysulfide)及硫化物(sulfide)等(技术方案1等)。以往技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-223629号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题近年来，要求提高水分解用光催化剂的耐久性。然而，在将如上述专利文献1中所记载的氮化物等用作水分解用光催化剂的材料时，与将氧化物用作水分解用光催化剂的材料时相比，存在将水分解光催化剂电极适用于光催化剂电极时的气体生成量随时间减少的问题(耐久性的降低)。因此，从水分解用光催化剂的耐久性的观点考虑，可考虑将氧化物用作水分解用光催化剂。然而，已被研究用作水分解用光催化剂的以往的氧化物的带隙宽，因此可见光响应性差，结果有时会存在如下问题：通过长时间驱动使用该水分解用光催化剂而获得的水分解装置而生成的气体的总量变得不充分(气体生成量的减少)。因此，本专利技术的课题在于提供一种能够形成耐久性及可见光响应性优异且气体生成量优异的水分解装置的水分解用光催化剂及具有该水分解用光催化剂的水分解装置。用于解决技术课题的手段本专利技术人针对上述课题进行了深入研究的结果，发现若使用特定的组成的氧化物作为水分解用光催化剂，就能够形成耐久性及可见光响应性优异且气体生成量优异的水分解装置，以至完成了本专利技术。即，本专利技术人发现了能够通过以下结构解决上述问题。[1]一种水分解用光催化剂，其用于在浸渍于水中的状态下通过照射光而产生气体的电极，该水分解用光催化剂包含由后述式(1)表示的化合物。后述式(1)中，Ln表示镧系元素，Ln的一部分可以被周期表第2族至第4族的元素所取代。[2]如[1]所述的水分解用光催化剂，其还包含助催化剂。[3]如[1]或[2]所述的水分解用光催化剂，其中，由后述式(1)表示的化合物为由后述式(2)表示的化合物。后述式(2)中，Ln表示镧系元素，A表示周期表第2族至第4族的元素，n表示0～1的数值。[4]如[1]至[3]中任一项所述的水分解用光催化剂，其中，后述式(1)中，Ln为La或Nd。[5]如[4]所述的水分解用光催化剂，其中，后述式(1)中，Ln表示La，La的一部分可以被周期表第2族的元素或除镧系元素以外的周期表第3族的元素所取代。[6]如[5]所述的水分解用光催化剂，其中，上述La的一部分被Sr或Y所取代。[7]如[4]所述的水分解用光催化剂，其中，后述式(1)中，Ln表示Nd，Nd的一部分可以被周期表第2族的元素或周期表第3族的元素所取代。[8]如[7]所述的水分解用光催化剂，其中，上述Nd的一部分被Ce或Y所取代。[9]一种电极，其具有[1]至[8]中任一项所述的水分解用光催化剂。[10]一种水分解装置，其通过向配置于填满水的槽内的阴极电极及阳极电极照射光而从上述阴极电极及上述阳极电极产生气体，上述阴极电极及上述阳极电极中的至少一者包含[1]至[8]中任一项所述的水分解用光催化剂。[11]如[10]所述的水分解装置，其中，上述阴极电极包含La2CuO4作为上述水分解用光催化剂，该La2CuO4中La的一部分可以被周期表第2族的元素或除镧系元素以外的周期表第3族的元素所取代，上述阳极电极中的传导带的下端的电位为-5.2eV以上。[12]如[10]所述的水分解装置，其中，上述阴极电极中的价带的上端的电位为-4.8eV以下，上述阳极电极包含Nd2CuO4作为上述水分解用光催化剂，该Nd2CuO4中Nd的一部分可以被周期表第2族的元素或周期表第3族的元素所取代。专利技术效果如下所示，通过本专利技术，能够提供一种能够形成耐久性及可见光响应性优异且气体生成量优异的水分解装置的水分解用光催化剂及具有该水分解光催化剂的水分解装置。附图说明图1是示意地表示本专利技术的水分解装置的一实施方式的立体图。图2是用于说明吸收端波长的图。图3是示意地表示本专利技术的水分解装置的一实施方式的立体图。具体实施方式以下，对本专利技术的水分解用光催化剂及使用该水分解用光催化剂而形成的水分解装置进行说明。另外，本专利技术中使用“～”表示的数值范围是指包含记载于“～”的前后的数值作为下限值及上限值的范围。本专利技术中，可见光为电磁波中人眼可见的波长的光，具体地表示380～780nm的波长区域的光。将水分解并生成气体的光催化剂的情况下，气体生成量与光电流密度为相关的，可以说，光电流密度越高，气体生成量也越多。因此，后述的实施例栏中，使用具有水分解用光催化剂的光催化剂电极测量了光电流密度的随时间的变化。即，能够判断为，当光电流密度的随时间的变化小时气体生成量的随时间的变化也小(耐久性优异)。以下，对光电流密度与气体生成量相关的原因进行说明。当使用在集电层(导电层)上制作光催化剂的光催化剂电极时，能够通过3电极系的光电化学测量来测量在水与光催化剂电极之间转移的电子的总量。电极表面上的电子转移量(电量)与生成的气体量之间的关系通过法拉第定律而具有比例关系，因此若测量光电流密度，能够根据该值导出气体生成量。[水分解用光催化剂]本专利技术的水分解用光催化剂包含后述的由式(1)表示的化合物(以下，也称为“特定氧化物”。)。本专利技术的水分解用光催化剂能够形成耐久性及可见光响应性优异且气体生成量优异的水分解装置。推测这是由于以下原因引起。水分解用光催化剂需要具有通过太阳光从价带向传导带激发电子并且该电子分解水的能量。由构成水分解用光催化剂的材料的带隙来确定水分解用光催化剂能够利用太阳光中的哪一波长的光。带隙相当于价带与传导带的能隙，带隙越窄，吸收波长区域变得越宽。在此，本专利技术人发现了，若使用特定氧化物，构成特定氧化物的Cu的d轨道通过晶场而分裂。分裂的Cu的d轨道中下部的能带被电子占据，上部的能带成为空的。因此，尽管2价的氧化物通常具有导电性，但是Cu成为绝缘体。并且，在Cu的情况下，分裂后产生的带隙成为适合于可见光吸收的间隙。由此，认为成为可见光响应性优异，并且使用其而获得的水分解装置的气体生成量优异。此外，分裂的Cu的下部的能带变得比氧的2p更深或混合。因此，通过光吸收激发的电子包括氧的2p轨道，并且对于氧化反应的耐性高，因此作为光催化剂，也为耐久性高。另一方面，以往的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水分解用光催化剂，其用于在浸渍于水中的状态下通过照射光而产生气体的电极，/n该水分解用光催化剂包含由下述式(1)表示的化合物，/n(Ln)

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180319 JP 2018-0512251.一种水分解用光催化剂，其用于在浸渍于水中的状态下通过照射光而产生气体的电极，
该水分解用光催化剂包含由下述式(1)表示的化合物，
(Ln)2CuO4式(1)
式(1)中，Ln表示镧系元素，Ln的一部分任选地被周期表第2族至第4族的元素所取代。


2.根据权利要求1所述的水分解用光催化剂，其还包含助催化剂。


3.根据权利要求1或2所述的水分解用光催化剂，其中，
由所述式(1)表示的化合物为由下述式(2)表示的化合物，
(Ln)2-nAnCuO4式(2)
式(2)中，Ln表示镧系元素，A表示周期表第2族至第4族的元素，n表示0～1的数值。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的水分解用光催化剂，其中，
所述式(1)中，Ln为La或Nd。


5.根据权利要求4所述的水分解用光催化剂，其中，
所述式(1)中，Ln表示La，
La的一部分任选地被周期表第2族的元素或除镧系元素以外的周期表第3族的元素所取代。


6.根据权利要求5所述的水分解用光催化剂，其中，
所述La的一部分被Sr或Y所取代。

【专利技术属性】
技术研发人员：小林宏之，折田政宽，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，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