NbON膜及NbON膜的制造方法、以及氢生成设备及具备它的能量系统技术方案

本发明专利技术的NbON膜是利用光照射产生光电流的NbON膜。本发明专利技术的NbON膜优选为单相膜。本发明专利技术的氢生成设备(600)具备：包含导电体(621)和配置于所述导电体(621)上的所述本发明专利技术的NbON膜(622)的光半导体电极(620)；与所述导电体(621)电连接的对电极(630)；与所述NbON膜(622)及所述对电极(630)的表面接触的包含水的电解液(640)；以及收容所述光半导体电极(620)、所述对电极(630)及所述电解液(640)的容器(610)，通过向所述NbON膜(622)照射光而产生氢。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及NbON膜、NbON膜的制造方法、使用所述NbON膜的氢生成设备、和具备所述氢生成设备的能量系统。
技术介绍
以往，已知有通过对作为光半导体发挥作用的半导体材料照射光而将水分解来采集氢和氧的技术(例如参照专利文献I)。专利文献I中，公开有如下的内容，即，在电解液中配置η型半导体电极和对电极，通过对η型半导体电极的表面照射光而从两个电极的表面采集氢及氧。具体来说，记载有作为η型半导体电极使用TiO2电极等的内容。但是，专利文献I中公开的η型半导体电极中，太阳光的利用效率还不够充分。例如TiO2电极由于其带隙在锐钛型时为380nm，因此只能利用大约I %的太阳光。为了解决如上所述的问题，例如提出过利用带隙更小的光半导体材料的方案。例如，专利文献2中，提出过使用通过将Nb2O5在高温氨气氛中烧成而得的NbON光半导体的方案。NbON光半导体由于带隙小到约600nm，因此可以提高太阳光的利用效率。另外，专利文献3中，公开过还可以用于水的光分解的、固定有NbON光半导体的电极(电极催化剂)。以往技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭51-123779号公报专利文献2:日本特开2002-66333号公报专利文献3:日本特开2005-161203号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，对于以往的NbON光半导体，为了提高分解水而采集氢的光半导体特性(量子效率)，要求进一步的改善。所以，本专利技术的目的在于，提供一种膜状的NbON光半导体,其与以往的NbON光半导体相比，进一步提高了分解水而采集氢的光半导体特性(量子效率)。用于解决问题的途径本专利技术提供一种利用光照射产生光电流的NbON膜。专利技术的效果根据本专利技术，可 以用更加简便的方法提供提高了分解水而采集氢的光半导体特性(量子效率)的NbON及NbON膜。附图说明图1是表示用于实施本专利技术的实施方式2的NbON的制造方法的装置的一例的概略图。图2是说明实施方式2的NbON的制造方法的NbON的合成机理的图。图3是表示用于实施本专利技术的实施方式3的NbON膜的制造方法的装置的一例的概略图。图4是说明实施方式3的NbON膜的制造方法的NbON膜的合成机理的图。图5是表示本专利技术的实施方式4的氢生成设备的构成的概略图。图6是表示本专利技术的实施方式5的氢生成设备的构成的概略图。图7是表示本专利技术的实施方式6的能量系统的构成的概略图。图8是实施例1中所用的NbON合成用的原料的TG-DTA (Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)数据。图9是比较用NbON单相粉末I的XRD(X_ray diffraction)数据和NbON的XRD模拟数据。图10 是实施例1 的膜 I 的 UV-Vis (Ultraviolet Visible AbsorptionSpectroscopy)数据。图11是比较用NbON单相粉末I和实施例1的膜I的、Nb3d的XPS(X-rayPhotoelectron Spectroscopy)数据。图12是实施例2的膜2的UV-Vis数据。 图13是实施例2的膜2的Nb3d的XPS数据。具体实施例方式在利用光照射分解水而采集氢的技术中，提出过利用带隙更小的光半导体材料的方案。本专利技术人等针对此种光半导体材料，发现对于“
技术介绍
”一栏中记载的以往提出过的材料存在如下所示的问题。例如，在专利文献2及3中公开的NbON的情况下，在专利文献2及3中公开的合成方法中，存在NbON容易还原的问题。所以，这些合成方法中，除了 NbON的生成以外，还副生成Nb的还原种的NbN，因此无法得到NbON的单相或接近单相的材料。由此，就利用专利文献2及3中公开的合成方法得到的NbON而言，为了利用光照射分解水而采集氢，很难发挥出NbON的充分的光半导体特性(高量子效率)。由此，需要从所得的NbON中将NbN等副产物用酸等溶解而除去。另外，即使从利用专利文献2及3中公开的方法合成的NbON中将NbN等副产物用酸等溶解而除去，得到了单相或接近单相的NbON材料，也无法利用相同的方法得到单相或接近单相的NbON膜。例如，即使使用单相或接近单相的NbON材料，利用一般的成膜方法制作出膜，由于在成膜过程中从NbON中新生成了 NbN等杂质，因此无法制作单相或接近单相的NbON膜。具体来说，专利技术人等将单相或接近单相的NbON材料作为溅射靶使用，利用溅射法尝试了膜的制作。但是，在溅射时对作为溅射靶的NbON赋予的能量将NbON分解，由此产生副产物，无法得到单相或接近单相的NbON膜。另外，作为其他的具体例，专利技术者人等使用粉体状的单相或接近单相的NbON材料制作出悬浊液，将该悬浊液向基板吹送而形成膜状，将该膜烧成。但是，在烧成中NbON被氧化，无法得到NbON膜。所以，本专利技术人等进行了深入研究，发现了可以制造减少了副产物等杂质的NbON膜的方法，提供提高了利用光照射分解水而采集氢的光半导体特性(量子效率)的、NbON膜及其制造方法。此外，本专利技术人等还提供利用了此种NbON膜的氢生成设备及能量系统。本专利技术的第一方式提供一种利用光照射产生光电流的NbON膜。而且，本说明书中，所谓“利用光照射产生光电流”是指，“利用太阳光的照射，以0.1mA/cm2以上的光电流密度产生光电流”。第一方式的NbON膜由于减少了副产物等杂质的混入，因此可以发挥用于利用光照射分解水而采集氢的、NbON的充分的光半导体特性(高量子效率)。本专利技术的第二方式是在第一方式中提供如下的NbON膜，S卩，是单相膜。根据第二方式，可以提供以往不存在的NbON单相膜。所以，该NbON膜可以更加可靠地发挥用于利用光照射分解水而采集氢的、NbON的充分的光半导体特性(高量子效率)。本专利技术的第三方式是在第一方式或第二方式中提供如下的NbON膜，S卩，通过使气化了的R1N = Nb (NR2R3) 3 (其中，R1、R2及R3分别是独立的烃基)、和选自氧及水蒸气中的至少任意一方接触加热了的基板而形成。如此形成的NbON膜充分地减少了副产物等杂质。所以，该NbON膜可以更加可靠地发挥用于利用光照射分解水而采集氢的、NbON的充分的光半导体特性(高量子效率)。本专利技术的第四方式是在第三方式中提供如下的NbON膜，S卩，R1为叔丁基(-C (CH3) 3)，R2及R3是各自独立的直链的烷基(n-CnH2n+1 (η = I以上的整数))。此种NbON膜具有优异的结晶性，此外，可以实现更加优异的光半导体特性。本专利技术的第五方式提供一种NbON膜的制造方法，其包括:(I)将1^ =恥(殿2紀)3(其中，R1、! 2及R3是各自独立的烃基)气化的工序；(II)使气化了的所述R1N = Nb(NR2R3)3、和选自氧及水蒸气中的至少任意一方接触加热了的基板的工序。根据第五方式的制造方法，可以利用比以往的方法少的工序数，合成出抑制了副产物等杂质的混入的NbON膜。所以，根据该制造方法，可以用更加简便的方法来提供提高了分解水而采集氢的光半导体特性(量子效率)的NbON膜。本专利技术的第六方式是在第五方式中，提供如下的NbON膜的制造方法，即，在所述工序(II)中，将所述基板加热到所述R1N = Nb(NR2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.02 JP 2011-1692381.一种NbON膜，其特征在于， 利用光照射产生光电流。2.根据权利要求1所述的NbON膜，其特征在于， 其为单相膜。3.根据权利要求1所述的NbON膜，其特征在于， 通过使气化了的R1N = Nb (NR2R3) 3和选自氧及水蒸气中的至少任一方接触加热了的基板而形成，其中，R1、R2及R3是各自独立的烃基。4.根据权利要求3所述的NbON膜，其特征在于， R1为叔丁基，即-C(CH3)3,R2及R3为各自独立的直链的烷基，即n-CnH2n+1，其中η = I以上的整数。5.一种NbON膜的制造方法，其特征在于， 包括: (I)将R1N= Nb (NR2R3)3气化的工序，其中，R1、! 2及R3是各自独立的烃基；以及， (II)使气化了的所述R1N= Nb (NR2R3)3和选自氧及水蒸气中的至少任一方接触加热了的基板的工序。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：野村幸生，铃木孝浩，宫田伸弘，羽藤一仁，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：