[发明专利]可见光应答型光触媒材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过水的光分解反应可生成氢的可见光应答型光触媒材料。

背景技术

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的光触媒，可期待应用于有机物的光分解、由水的光分解进行的氢制造。其中，以氢制造为目标的水分解用光触媒作为利用了可再生能源的氢制造方法而备受关注，其高活性化的需求逐年提高。

已知作为可见光应答型光触媒的铑掺杂钛酸锶(Rh-SrTiO₃)作为从水的氢生成能力非常高的氢生成光触媒而发挥功能(非专利文献1)。

此外，近年来还报道有通过在ITO透明电极上涂布包含铑掺杂钛酸锶(Rh-SrTiO₃)的浆糊并烧成来形成光触媒部的基材光触媒电极(专利文献1)。

以往，以Rh-SrTiO₃为代表的可见光应答型氢生成光触媒粒子通过固相反应法、水热合成法制作，在上述方法中，需要进行1000℃左右的结晶化处理。据此得到的氢生成光触媒粒子的一次粒径为数百nm～数μm左右，而且其结晶性也需要进一步改善。此外，发现了下述现象：将这样的粗大粒子固定化于基材而使用时，由于与每单位面积基材的接触点的数目少，故而与基材的密着性低、短时间就从基材剥离等。此外，通过粗大粒子得到具有更高活性的光触媒粒子自然就存在局限性。因此，寻求在可见光下显示更高的氢生成能力的光触媒粒子，即具有高结晶性且比表面积大、微细的光触媒粒子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2012-52184号公报

非专利文献

非专利文献1Sasaki等、J.Phys.Chem.C17536～17542页、2009年

发明内容

此次，本发明者得到了可制造一次粒径为100nm以下的氢生成光触媒粒子的见解。

因此，本发明所要解决的技术课题在于提供包含下述光触媒层的可见光应答型光触媒材料：包含一次粒径为100nm以下且经可见光照射可将水分解而生成氢的光触媒粒子。

本发明涉及一种可见光应答型光触媒材料，其特征在于，在包含基材与固定化于该基材上的光触媒层的可见光应答型光触媒材料中，光触媒层包含一次粒径为100nm以下且经可见光照射可将水分解而生成氢的光触媒粒子。

通过根据本发明的可见光应答型光触媒材料，在可见光照射下通过进行高光触媒活性的水分解可生成氢。

附图说明

图1为根据本发明的可见光应答型光触媒材料截面的示意图。图中，氢生成光触媒粒子1在形成细孔2的同时，作为光触媒层以厚度4被设置于基材3上。

具体实施方式

本发明的可见光应答型光触媒材料为可通过吸收可见光而将水分解从而生成氢的可见光应答型光触媒材料。此外，其特征在于，包含一次粒径为100nm以下且经可见光照射可将水分解而生成氢的光触媒粒子(以下也称作“氢生成光触媒粒子”或简称为“光触媒粒子”。)的光触媒层被固定化于基材上。

本发明中的可见光应答型光触媒材料显示具有光学带隙的半导体物性。此外，表示下述光触媒材料：通过吸收包含波长420nm以上的可见光线，根据谱带间迁移等的电子迁移，并通过在传导带(或者存在于带隙内的电子受主能级)上产生激发电子及在价电子带(或者存在于带隙内的电子施主能级)上产生激发空穴，可分别将反应对象物还原及氧化。

氢生成光触媒粒子的种类

本发明中的氢生成光触媒粒子显示具有光学带隙的半导体物性。此外，本发明中的氢生成光触媒粒子通过吸收包含波长420nm以上的可见光线的光，会引发以下这样的反应。根据谱带间迁移等的电子迁移，在传导带(或者存在于带隙内的电子受主能级)上产生激发电子，氢生成光触媒粒子将反应对象物还原。进而，在价电子带(或者存在于带隙内的电子施主能级)上产生激发空穴，氢生成光触媒粒子将反应对象物氧化。即，只要氢生成光触媒粒子的传导带(或者存在于带隙内的电子受主能级)处于比水的还原电位(0Vvs.NHE(标准氢电极电位))低的位置即可。此外，只要氢生成光触媒粒子的价电子带(或者存在于带隙内的电子施主能级)处于比与水同时存在的氧化反应对象物的氧化电位高的位置即可。在此，作为本发明中的氧化反应对象物，可列举作为高分子及低分子化合物的有机物或者铁、钴、锰、镍等的过渡金属离子等。优选作为高分子及低分子化合物的有机物。通过组合这样的有机物的氧化与由水分解进行的产氢反应，可同时实现由作为污染物的有机物分解进行的水质净化以及产氢。