JP2001286749A - 化学変換装置 - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 地球環境の保全の観点から、紫外線や太陽光
等の光エネルギーを利用して、クリーンエネルギーであ
る水素や生物に必要な酸素を生成するにおいて、光エネ
ルギーを利用して水の分解反応を連続的に起こし、酸素
と水素を別々に高効率で発生することが可能となる装置
を提供する。 【解決手段】 本願発明は、貫通した細孔を有する金属
基板表面に白金薄膜を形成し、更に光半導体薄膜を形成
した陽電極と、白金層を有する陰電極の間にプロトン透
過膜を挿入し、密着させた構造をしており、外部回路を
通じて陽電極と陰電極に電圧を印加しながら、陰電極の
光半導体薄膜に紫外光若しくは太陽光を照射し、水を分
解して、陽電極で酸素を、陰電極で水素を別々に発生す
ることができるものである。
等の光エネルギーを利用して、クリーンエネルギーであ
る水素や生物に必要な酸素を生成するにおいて、光エネ
ルギーを利用して水の分解反応を連続的に起こし、酸素
と水素を別々に高効率で発生することが可能となる装置
を提供する。 【解決手段】 本願発明は、貫通した細孔を有する金属
基板表面に白金薄膜を形成し、更に光半導体薄膜を形成
した陽電極と、白金層を有する陰電極の間にプロトン透
過膜を挿入し、密着させた構造をしており、外部回路を
通じて陽電極と陰電極に電圧を印加しながら、陰電極の
光半導体薄膜に紫外光若しくは太陽光を照射し、水を分
解して、陽電極で酸素を、陰電極で水素を別々に発生す
ることができるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、光触媒を用いて
水を光分解することにより、酸素と水素を製造する化学
変換装置に関するものである。
水を光分解することにより、酸素と水素を製造する化学
変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】植物が行う光合成は、太陽光のエネルギ
ーを利用して水と炭酸ガスから有機物を作り出すことが
できる理想的な太陽エネルギー変換システムである。植
物の水分解反応（酸素発生反応）は、２分子の水から４
個の水素原子を段階的に奪い取り、１分子の酸素を発生
する特異な反応で、４原子のマンガンを含む錯体が触媒
として作用していると考えられる。しかしながら、この
４核マンガン錯体の機能と構造は、まだ明らかになって
いない。植物の光合成を模倣した光化学反応系を人工的
に構築し、太陽光エネルギーで水を分解し、水素と酸素
を生成する技術は、人工光合成と呼ばれている。人工光
合成は、光エネルギーを吸収して電子移動を行う感光性
薄膜、水素イオンを水素ガスに還元する還元触媒、水を
酸素ガスと水素イオンに酸化分解する酸化触媒からな
る。
ーを利用して水と炭酸ガスから有機物を作り出すことが
できる理想的な太陽エネルギー変換システムである。植
物の水分解反応（酸素発生反応）は、２分子の水から４
個の水素原子を段階的に奪い取り、１分子の酸素を発生
する特異な反応で、４原子のマンガンを含む錯体が触媒
として作用していると考えられる。しかしながら、この
４核マンガン錯体の機能と構造は、まだ明らかになって
いない。植物の光合成を模倣した光化学反応系を人工的
に構築し、太陽光エネルギーで水を分解し、水素と酸素
を生成する技術は、人工光合成と呼ばれている。人工光
合成は、光エネルギーを吸収して電子移動を行う感光性
薄膜、水素イオンを水素ガスに還元する還元触媒、水を
酸素ガスと水素イオンに酸化分解する酸化触媒からな
る。
【０００３】水を分解して酸素を発生するために必要な
光触媒の特性として、（１）光エネルギーの変換効率が
高い、（２）逆反応が少ない、（３）触媒が安定で長時
間劣化しない、（４）触媒調整・反応条件が簡単で再現
性がある、等が挙げられる。
光触媒の特性として、（１）光エネルギーの変換効率が
高い、（２）逆反応が少ない、（３）触媒が安定で長時
間劣化しない、（４）触媒調整・反応条件が簡単で再現
性がある、等が挙げられる。
【０００４】ここにおいて、半導体光触媒として酸化チ
タンを利用した場合の従来技術を記載する。酸化チタン
粉末を水に懸濁させた系への光照射では、水素の発生は
持続しない。そこで、白金を担持した酸化チタンの場合
には、水素の発生量は増加するが酸素は量論的に発生せ
ず、光照射時間とともに水素発生量が減少する。このこ
とは還元酸化チタンサイトの光酸化による消滅、表面で
のパーオキサイド蓄積、生成した酸素と水素の逆反応な
どが原因と考えられる。佐藤らは、白金担持した酸化チ
タン触媒を少量の水で濡らした状態で光照射すると、水
素と酸素が２：１の割合で生成することが報告されてい
る（Ｓ．Ｓａｔｏ，Ｊ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅ，Ｊ．Ｃａｔａ
ｌ．，６９（１９８１）１２８）。又、この白金担持し
た酸化チタン触媒をＮａＯＨ等の潮解性電解質で被覆す
ると、水蒸気を光分解が容易に起こることが報告されて
いる（佐山和宏、荒川裕則、触媒、３５（１９９３）１
４２）。又、特開平５−５１２０１公報では、金属担持
した半導体粉末を高濃度の炭酸塩を含む水溶液に懸濁
し、光照射すると量論的な効率の良い水の分解が起きる
ことが記載されている。
タンを利用した場合の従来技術を記載する。酸化チタン
粉末を水に懸濁させた系への光照射では、水素の発生は
持続しない。そこで、白金を担持した酸化チタンの場合
には、水素の発生量は増加するが酸素は量論的に発生せ
ず、光照射時間とともに水素発生量が減少する。このこ
とは還元酸化チタンサイトの光酸化による消滅、表面で
のパーオキサイド蓄積、生成した酸素と水素の逆反応な
どが原因と考えられる。佐藤らは、白金担持した酸化チ
タン触媒を少量の水で濡らした状態で光照射すると、水
素と酸素が２：１の割合で生成することが報告されてい
る（Ｓ．Ｓａｔｏ，Ｊ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅ，Ｊ．Ｃａｔａ
ｌ．，６９（１９８１）１２８）。又、この白金担持し
た酸化チタン触媒をＮａＯＨ等の潮解性電解質で被覆す
ると、水蒸気を光分解が容易に起こることが報告されて
いる（佐山和宏、荒川裕則、触媒、３５（１９９３）１
４２）。又、特開平５−５１２０１公報では、金属担持
した半導体粉末を高濃度の炭酸塩を含む水溶液に懸濁
し、光照射すると量論的な効率の良い水の分解が起きる
ことが記載されている。
【０００５】酸素発生反応は、多電子光反応である。酸
化チタン光触媒は電子や正孔を多数プールでき、酸素発
生能力が充分に備わっている。酸化チタンの結晶構造に
は、アナターゼ型とルチル型があり、ルチル型の方が酸
素発生量能力が高い。これは、ルチル型の方が高温処理
されているので結晶欠陥が少なく、電子と正孔の再結合
が起こりにくいためと考えられる。又、酸化チタンは３
ｅＶ以上とバンドギャップエネルギーが大きく、可視光
では励起できない。可視光を有効に利用するために、酸
化チタンの代わりに、可視領域に吸収を有する酸化タン
グステンや硫化カドミウムからなる薄膜を用いる例も報
告されている。
化チタン光触媒は電子や正孔を多数プールでき、酸素発
生能力が充分に備わっている。酸化チタンの結晶構造に
は、アナターゼ型とルチル型があり、ルチル型の方が酸
素発生量能力が高い。これは、ルチル型の方が高温処理
されているので結晶欠陥が少なく、電子と正孔の再結合
が起こりにくいためと考えられる。又、酸化チタンは３
ｅＶ以上とバンドギャップエネルギーが大きく、可視光
では励起できない。可視光を有効に利用するために、酸
化チタンの代わりに、可視領域に吸収を有する酸化タン
グステンや硫化カドミウムからなる薄膜を用いる例も報
告されている。
【０００６】次に、水を分解するためのプロセスを説明
する。純水中で酸化チタン光触媒に光を照射すると、２
Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋Ｏ2（反応式１）の反応に従って水の分
解が起きる。吸収された１つのフォトンは、原則として
光酸化還元過程に１つの電子を移動する。従って、反応
式１は、水素に関しては２電子過程であるので、２Ｈ +
＋２ｅ-→Ｈ2（反応式２）で、酸素に関しては４電子過
程であるので、２Ｈ2Ｏ→４ｅ-＋４Ｈ+＋Ｏ2（反応式
２）となる。
する。純水中で酸化チタン光触媒に光を照射すると、２
Ｈ2Ｏ→２Ｈ2＋Ｏ2（反応式１）の反応に従って水の分
解が起きる。吸収された１つのフォトンは、原則として
光酸化還元過程に１つの電子を移動する。従って、反応
式１は、水素に関しては２電子過程であるので、２Ｈ +
＋２ｅ-→Ｈ2（反応式２）で、酸素に関しては４電子過
程であるので、２Ｈ2Ｏ→４ｅ-＋４Ｈ+＋Ｏ2（反応式
２）となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、何れも水素の発生効率が低く、また光触媒が
光照射により光溶解し、この溶解を防ぐために、触媒表
面を被覆処理すると水素発生機能は全く発現できないこ
と、及び太陽エネルギーのわずか３％程度を占めるに過
ぎない紫外線領域の光しか利用できない等の問題があっ
た。
の方法は、何れも水素の発生効率が低く、また光触媒が
光照射により光溶解し、この溶解を防ぐために、触媒表
面を被覆処理すると水素発生機能は全く発現できないこ
と、及び太陽エネルギーのわずか３％程度を占めるに過
ぎない紫外線領域の光しか利用できない等の問題があっ
た。
【０００８】そこで、地球環境の保全の観点から、太陽
エネルギーを充分に利用してクリーンエネルギーである
水素や生物に必要な酸素を別々に高効率で発生できる化
学変換装置を提供することを目的とする。
エネルギーを充分に利用してクリーンエネルギーである
水素や生物に必要な酸素を別々に高効率で発生できる化
学変換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、本願発明は、水槽内に、二電極板を有し、各電極板
の属する空間がイオン交換膜又は塩橋により連通されて
いることを特徴とする化学変換装置である。
に、本願発明は、水槽内に、二電極板を有し、各電極板
の属する空間がイオン交換膜又は塩橋により連通されて
いることを特徴とする化学変換装置である。
【００１０】又、前記二電極板が陽電極板と陰電極板で
あることを特徴とする化学変換装置である。
あることを特徴とする化学変換装置である。
【００１１】又、陽電極板を複数有することを特徴とす
る化学変換装置である。
る化学変換装置である。
【００１２】又、前記陽電極板は、金属基板表面上に白
金薄膜を形成し、さらに光半導体薄膜を形成しているこ
とを特徴とする化学変換装置である。
金薄膜を形成し、さらに光半導体薄膜を形成しているこ
とを特徴とする化学変換装置である。
【００１３】又、前記陰電極板は、表面に白金層を形成
していることを特徴とする化学変換装置である。
していることを特徴とする化学変換装置である。
【００１４】又、前記金属基板が、パンチング若しくは
レーザー加工により貫通細孔を多数形成したチタン、ニ
オブ、タンタルであることを特徴とする化学変換装置で
ある。
レーザー加工により貫通細孔を多数形成したチタン、ニ
オブ、タンタルであることを特徴とする化学変換装置で
ある。
【００１５】又、前記金属基板表面に白金薄膜を形成す
る際において、白金を溶着法、若しくは電解メッキ法、
若しくはスパッタ蒸着法で形成することを特徴とする化
学変換装置である。
る際において、白金を溶着法、若しくは電解メッキ法、
若しくはスパッタ蒸着法で形成することを特徴とする化
学変換装置である。
【００１６】又、前記半導体光触媒膜が、アナターゼ型
若しくはルチル型結晶構造の酸化チタン又はルチル型と
アナターゼ型が混合した結晶構造の酸化チタン若しくは
酸化タングステンであることを特徴とする化学変換装置
である。
若しくはルチル型結晶構造の酸化チタン又はルチル型と
アナターゼ型が混合した結晶構造の酸化チタン若しくは
酸化タングステンであることを特徴とする化学変換装置
である。
【００１７】又、前記光半導体薄膜がゾルゲル法、有機
金属気相成長法、エレクトロンビーム蒸着法、スパッタ
法を用いて形成することを特徴とする化学変換装置であ
る。
金属気相成長法、エレクトロンビーム蒸着法、スパッタ
法を用いて形成することを特徴とする化学変換装置であ
る。
【００１８】又、前記光半導体薄膜の表面に酸化ルテニ
ウム微粒子を被覆することを特徴とする化学変換装置で
ある。
ウム微粒子を被覆することを特徴とする化学変換装置で
ある。
【００１９】又、前記各電極板にバイアス電圧を印加し
た状態において、光照射することを特徴とする化学変換
装置である。
た状態において、光照射することを特徴とする化学変換
装置である。
【００２０】又、前記水槽内に、電解質として炭酸塩、
硫酸塩、もしくは水酸塩水溶液を注入することを特徴と
する化学変換装置である。
硫酸塩、もしくは水酸塩水溶液を注入することを特徴と
する化学変換装置である。
【００２１】又、前記電極板は細孔を有し、複数枚の電
極を重ねる際に、前後の電極の細孔がお互いに塞がらな
いようにずらして重ねることを特徴とする化学変換装置
である。
極を重ねる際に、前後の電極の細孔がお互いに塞がらな
いようにずらして重ねることを特徴とする化学変換装置
である。
【００２２】又、陽電極の光半導体薄膜表面において、
光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸素を
発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面に付着した
酸素を水流により離脱させることを特徴とする化学変換
装置である。
光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸素を
発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面に付着した
酸素を水流により離脱させることを特徴とする化学変換
装置である。
【００２３】又、陽電極の光半導体薄膜表面において、
光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸素を
発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面を上方に向
けることにより、浮力を利用して、細孔にトラップされ
た酸素を電極板細孔から脱離させることを特徴とする化
学変換装置である。
光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸素を
発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面を上方に向
けることにより、浮力を利用して、細孔にトラップされ
た酸素を電極板細孔から脱離させることを特徴とする化
学変換装置である。
【００２４】又、陽電極と陰電極にバイアス電圧を印加
してイオン交換膜内をプロトンが移動しやすい状態で、
陽電極の光半導体層に紫外光若しくは太陽光を照射する
ことを特徴とする化学変換装置である。
してイオン交換膜内をプロトンが移動しやすい状態で、
陽電極の光半導体層に紫外光若しくは太陽光を照射する
ことを特徴とする化学変換装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】水槽内に陰電極板と陽電極板が配
設されており、陽電極板に光を照射することにより、陽
電極板において生成された正孔が水槽内に注入されてい
る溶液に含まれている水分子に作用して、酸素と水素イ
オンが生成され、水素イオンのみが水素イオン透過膜を
通過して陰電極板が属する空間側へと移動する。そし
て、外部バイアス回路を介して陽電極板から供給される
電子と通過した水素イオンとが反応して水素が生成され
る。
設されており、陽電極板に光を照射することにより、陽
電極板において生成された正孔が水槽内に注入されてい
る溶液に含まれている水分子に作用して、酸素と水素イ
オンが生成され、水素イオンのみが水素イオン透過膜を
通過して陰電極板が属する空間側へと移動する。そし
て、外部バイアス回路を介して陽電極板から供給される
電子と通過した水素イオンとが反応して水素が生成され
る。
【００２６】尚、本願発明においては、陽電極板は白金
薄膜を堆積したチタン金属基板上に酸化チタン等の光半
導体薄膜を堆積した構造をしており、陰電極板はチタン
基板表面上に溶着法で白金層を堆積させたものである。
又、水素イオン透過膜はスルホン酸基を有する有機高分
子膜、例えば、デュポン製ナフィオン（１１２、１１
７、ＮＥ１０３５）、旭硝子製セレミオンが好ましい。
又、酸化チタン薄膜層の形成する際において、ゾルゲル
溶液には、石原産業製ＳＴＳ−２１、日本曹達製ＰＥＴ
基材塗布用塗料、ＴＡＯ製低温焼成型光触媒ゾル、光触
媒研究所製ＰＳＡ−０１液を用いる。ゾルゲル溶液をス
プレー法、スピンコート法、若しくはディップ法を用い
て均一に塗布し、５００℃〜８００℃で焼成して酸化チ
タン薄膜層を形成する。この場合には、６７０℃以上で
焼成すると酸化チタンはアナターゼ型からルチル型に結
晶構造が変化する。又、有機気相成長法により酸化チタ
ン薄膜を形成する場合には、上部に白金層を形成した貫
通細孔を有するチタン金属基板に有機チタン錯体ガスを
吹き付け、高温で焼成しながら酸化チタン層を堆積す
る。Ｘ線回折測定の結果から、基板温度が５８０℃で形
成した酸化チタン層は、ルチル型で成長するが、一部、
アナターゼやブロッカイト構造も混合している。尚、チ
タン基板に直接酸化チタン層を成長させた場合には、ル
チル型のみが優先的に成長する。次に、本願発明の実施
例を図面に沿って説明する。 ＜実施例１＞図１に本願発明の化学変換装置１２を示
す。本願発明である化学変換装置１２の構造について述
べる。前記化学変換装置１２は水槽７、透過窓１０、陽
電極板１４、陰電極板１５、外部バイアス回路部１１及
び水素イオン透過膜６から構成されている。前記水槽７
は一面開口の縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×奥行４ｃｍの直
方体構造をしており、中央付近において開口部を有する
壁８により仕切られている。そして壁８の開口部には水
素イオン透過膜８が配設されており、該水素イオン透過
膜６を挟んで陽電極板１４と陰電極板１５が配設されて
いる。又、外部バイアス回路部１１は水槽７の開口面側
に壁８により固定されている。又、水槽７の陽電極１４
に対向する側壁部には透過窓１０が設けられており、水
槽７の上部には、発生した酸素と水素を別々に取り出す
為の開口部１３が設けられている。そして、発生した酸
素と水素は、内部圧力の上昇に伴い、該開口部１３を通
じて外部に排出されることとなる。
薄膜を堆積したチタン金属基板上に酸化チタン等の光半
導体薄膜を堆積した構造をしており、陰電極板はチタン
基板表面上に溶着法で白金層を堆積させたものである。
又、水素イオン透過膜はスルホン酸基を有する有機高分
子膜、例えば、デュポン製ナフィオン（１１２、１１
７、ＮＥ１０３５）、旭硝子製セレミオンが好ましい。
又、酸化チタン薄膜層の形成する際において、ゾルゲル
溶液には、石原産業製ＳＴＳ−２１、日本曹達製ＰＥＴ
基材塗布用塗料、ＴＡＯ製低温焼成型光触媒ゾル、光触
媒研究所製ＰＳＡ−０１液を用いる。ゾルゲル溶液をス
プレー法、スピンコート法、若しくはディップ法を用い
て均一に塗布し、５００℃〜８００℃で焼成して酸化チ
タン薄膜層を形成する。この場合には、６７０℃以上で
焼成すると酸化チタンはアナターゼ型からルチル型に結
晶構造が変化する。又、有機気相成長法により酸化チタ
ン薄膜を形成する場合には、上部に白金層を形成した貫
通細孔を有するチタン金属基板に有機チタン錯体ガスを
吹き付け、高温で焼成しながら酸化チタン層を堆積す
る。Ｘ線回折測定の結果から、基板温度が５８０℃で形
成した酸化チタン層は、ルチル型で成長するが、一部、
アナターゼやブロッカイト構造も混合している。尚、チ
タン基板に直接酸化チタン層を成長させた場合には、ル
チル型のみが優先的に成長する。次に、本願発明の実施
例を図面に沿って説明する。 ＜実施例１＞図１に本願発明の化学変換装置１２を示
す。本願発明である化学変換装置１２の構造について述
べる。前記化学変換装置１２は水槽７、透過窓１０、陽
電極板１４、陰電極板１５、外部バイアス回路部１１及
び水素イオン透過膜６から構成されている。前記水槽７
は一面開口の縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×奥行４ｃｍの直
方体構造をしており、中央付近において開口部を有する
壁８により仕切られている。そして壁８の開口部には水
素イオン透過膜８が配設されており、該水素イオン透過
膜６を挟んで陽電極板１４と陰電極板１５が配設されて
いる。又、外部バイアス回路部１１は水槽７の開口面側
に壁８により固定されている。又、水槽７の陽電極１４
に対向する側壁部には透過窓１０が設けられており、水
槽７の上部には、発生した酸素と水素を別々に取り出す
為の開口部１３が設けられている。そして、発生した酸
素と水素は、内部圧力の上昇に伴い、該開口部１３を通
じて外部に排出されることとなる。
【００２７】次に、前記陽電極板１４と前記陰電極板１
５の製造方法について述べる。前記陽電極板１４は、チ
タン金属基板３をチタニアゾル溶液（光触媒研究所製Ｐ
ＳＡ−０１）に浸漬し、０．１ミリメートル／秒の速度
で引き上げることにより前記チタン金属基板３表面にゾ
ル膜をコーティングし、コーティング後に約７００℃で
約１時間焼成する工程を1〜１０回繰り返すことにより
厚さ５００〜２５００ｎｍの酸化チタン薄膜１を形成す
る。前記チタン金属基板３は、直方体形状（縦１０ｃｍ
Ｘ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）をしており、表面に厚
さ３μｍの白金薄膜２が堆積されており、断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１８が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されている。又、前記陰電極板１５は断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１７が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されているラス形状のチタン基板表面（直方体形状
縦１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）上に溶着
法により白金層を付けたものを用いており、前記水素イ
オン透過膜６にはパーフルオロスルフォン膜（デュポン
製ナフィオン１１７）を用いている。前記水素イオン透
過膜６の断面形状縦１０ｃｍで、横１０ｃｍの正方形で
ある。そして、前記水槽７の側面に設けられた前記透過
窓１０には石英ガラス製を用いており、前記水槽７内に
は純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ3電解液
（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されている。又、炭
酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ 4、若しくは、水
酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を注入しても
構わない。前記透過窓１０の大きさは縦１０ｃｍで、横
１０ｃｍである。
５の製造方法について述べる。前記陽電極板１４は、チ
タン金属基板３をチタニアゾル溶液（光触媒研究所製Ｐ
ＳＡ−０１）に浸漬し、０．１ミリメートル／秒の速度
で引き上げることにより前記チタン金属基板３表面にゾ
ル膜をコーティングし、コーティング後に約７００℃で
約１時間焼成する工程を1〜１０回繰り返すことにより
厚さ５００〜２５００ｎｍの酸化チタン薄膜１を形成す
る。前記チタン金属基板３は、直方体形状（縦１０ｃｍ
Ｘ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）をしており、表面に厚
さ３μｍの白金薄膜２が堆積されており、断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１８が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されている。又、前記陰電極板１５は断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１７が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されているラス形状のチタン基板表面（直方体形状
縦１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）上に溶着
法により白金層を付けたものを用いており、前記水素イ
オン透過膜６にはパーフルオロスルフォン膜（デュポン
製ナフィオン１１７）を用いている。前記水素イオン透
過膜６の断面形状縦１０ｃｍで、横１０ｃｍの正方形で
ある。そして、前記水槽７の側面に設けられた前記透過
窓１０には石英ガラス製を用いており、前記水槽７内に
は純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ3電解液
（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されている。又、炭
酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ 4、若しくは、水
酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を注入しても
構わない。前記透過窓１０の大きさは縦１０ｃｍで、横
１０ｃｍである。
【００２８】次に、本願発明である化学変換装置１２の
動作原理について記述する。前記透過窓１０の外側に、
光源９として２５０Ｗ超高圧水銀ランプ（ウシオ電機
製）を備えることにより前記陽電極板１４に光を照射
し、前記外部バイアス回路１１（印加電圧２Ｖ）を通じ
て前記陰電極板１５と前記陽電極板１４に電圧が印加さ
れる。発生する気体の量は印加電圧の増加につれて増加
するが、２Ｖ〜１０Ｖ程度の印加電圧が望ましい。
動作原理について記述する。前記透過窓１０の外側に、
光源９として２５０Ｗ超高圧水銀ランプ（ウシオ電機
製）を備えることにより前記陽電極板１４に光を照射
し、前記外部バイアス回路１１（印加電圧２Ｖ）を通じ
て前記陰電極板１５と前記陽電極板１４に電圧が印加さ
れる。発生する気体の量は印加電圧の増加につれて増加
するが、２Ｖ〜１０Ｖ程度の印加電圧が望ましい。
【００２９】前記光源９による光照射により前記陽電極
板１４において生成された正孔が前記水槽７内に注入さ
れている純水若しくはＮａＨＣＯ3電解液（０．１ｍｏ
ｌ／リットル）に含まれている水分子に作用して、酸素
と水素イオンが生成され、水素イオンのみが前記水素イ
オン透過膜６を通過して前記陰電極板１５が属する空間
側へと移動する。そして、前記外部バイアス回路１１を
介して前記陰電極板１５から供給される電子と通過した
水素イオンとが反応して水素が生成される。特に、各電
極板に電圧を印加することにより、水素イオンが前記陽
電極板１４から前記陰電極板１５へと移動するので効率
よく前記陰電極板１５において水素イオンが還元されて
水素が生成される。そして、酸素と水素は別々の前記開
口部１３により放出される。前記水槽７内に純水を注入
した場合において、発生される酸素及び水素をガスクロ
マトグラフ、圧力計により定性定量した結果、反応開始
から約１時間後には酸素が約１５０μｍｏｌ、水素が約
３１０μｍｏｌ生成されることが確認される。
板１４において生成された正孔が前記水槽７内に注入さ
れている純水若しくはＮａＨＣＯ3電解液（０．１ｍｏ
ｌ／リットル）に含まれている水分子に作用して、酸素
と水素イオンが生成され、水素イオンのみが前記水素イ
オン透過膜６を通過して前記陰電極板１５が属する空間
側へと移動する。そして、前記外部バイアス回路１１を
介して前記陰電極板１５から供給される電子と通過した
水素イオンとが反応して水素が生成される。特に、各電
極板に電圧を印加することにより、水素イオンが前記陽
電極板１４から前記陰電極板１５へと移動するので効率
よく前記陰電極板１５において水素イオンが還元されて
水素が生成される。そして、酸素と水素は別々の前記開
口部１３により放出される。前記水槽７内に純水を注入
した場合において、発生される酸素及び水素をガスクロ
マトグラフ、圧力計により定性定量した結果、反応開始
から約１時間後には酸素が約１５０μｍｏｌ、水素が約
３１０μｍｏｌ生成されることが確認される。
【００３０】尚、本実施例では、酸化チタン膜の成膜に
ゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビーム蒸着法、気
相成長法やスパッタ法を用いても構わない。又、酸化チ
タン膜の代わりに酸化タングステン膜を用いても同様な
効果が得ることができるし、酸化チタン薄膜１の表面に
酸素発生用触媒として、酸化ルテニウム微粒子４を担持
し酸素の発生速度を増大させるようにしても良い。例え
ば、ＲｕＣｌ3溶液に基板を浸漬し、引き上げ後乾燥さ
せ、約５００℃で約1時間焼成すると、ＲｕＣｌ3中の酸
素により酸化されてＲｕＯ2へと変化することにより前
記酸化ルテニウム微粒子４を担持する。
ゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビーム蒸着法、気
相成長法やスパッタ法を用いても構わない。又、酸化チ
タン膜の代わりに酸化タングステン膜を用いても同様な
効果が得ることができるし、酸化チタン薄膜１の表面に
酸素発生用触媒として、酸化ルテニウム微粒子４を担持
し酸素の発生速度を増大させるようにしても良い。例え
ば、ＲｕＣｌ3溶液に基板を浸漬し、引き上げ後乾燥さ
せ、約５００℃で約1時間焼成すると、ＲｕＣｌ3中の酸
素により酸化されてＲｕＯ2へと変化することにより前
記酸化ルテニウム微粒子４を担持する。
【００３１】尚、水素イオン交換膜６の代わりにＵ字型
塩橋を用い、両電極板が設けられた両空間に含有される
両溶液に該Ｕ字型塩橋の先端を浸しても構わない。本実
施例では、酸化チタン膜の成膜にゾルゲル法を用いた
が、エレクトロンビーム蒸着法、気相成長法やスパッタ
法を用いても構わない。
塩橋を用い、両電極板が設けられた両空間に含有される
両溶液に該Ｕ字型塩橋の先端を浸しても構わない。本実
施例では、酸化チタン膜の成膜にゾルゲル法を用いた
が、エレクトロンビーム蒸着法、気相成長法やスパッタ
法を用いても構わない。
【００３２】更に、前記水槽７は上述した形状や大きさ
に限定するものではなく、透過窓１０をわざわざ設けな
いで、水槽７全面が光透過材で構成して陽電極板に光を
照射するようにしても良い。
に限定するものではなく、透過窓１０をわざわざ設けな
いで、水槽７全面が光透過材で構成して陽電極板に光を
照射するようにしても良い。
【００３３】更に、本願発明で用いる光半導体は次の条
件を満たしていれば如何なる化合物でも良い。（１）光
照射によって生成した電子の電位が水を還元できる電位
よりも負であること。（２）光照射によって生成した正
孔の電位が水を酸化できる電位よりも負であること。
（３）半導体自身が炭酸塩水溶液中で光照射しても安定
であること。担持する金属としては、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎ
ｉ，Ｔｉ，Ｃｕなど炭酸塩水溶液中で光照射しても金属
として安定であれば如何なる元素でもよい。また水の分
解を促進するものであればＲｕＯ2等のように如何なる
化合物形態をとっていてもよい。担持量については半導
体と酸化物の組合わせによって最適量を用いている。 ＜実施例２＞図２に本願発明の他の実施例の化学変換装
置３２を示す。該化学変換装置３２の構造について述べ
る。該化学変換装置３２は水槽２１、透過窓２２、陽電
極板２３、陰電極板２４、外部バイアス回路部２５及び
水素イオン透過膜２６とから構成されている。前記水槽
２１は一面開口の縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×奥行４ｃｍ
の直方体構造をしており、中央付近において開口部を有
する壁２７により仕切られている。そして、壁２７の開
口部には水素イオン透過膜２６が配設されており、該水
素イオン透過膜２６を挟んで陽電極板２３と陰電極板２
４が配設されている。ここにおいて、前記陽電極板２３
は2枚重ねられて配設されている。又、水槽２１の陽電
極板２３に対向する側壁部には透過窓２２が設けられて
おり、水槽２１の陽電極２３に対向する側壁部には透過
窓２２が設けられており、水槽２１の上部には、発生し
た酸素と水素を別々に取り出す為の開口部３０が設けら
れている。そして、発生した酸素と水素は、内部圧力の
上昇に伴い、該開口部３０を通じて外部に排出されるこ
ととなる。
件を満たしていれば如何なる化合物でも良い。（１）光
照射によって生成した電子の電位が水を還元できる電位
よりも負であること。（２）光照射によって生成した正
孔の電位が水を酸化できる電位よりも負であること。
（３）半導体自身が炭酸塩水溶液中で光照射しても安定
であること。担持する金属としては、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎ
ｉ，Ｔｉ，Ｃｕなど炭酸塩水溶液中で光照射しても金属
として安定であれば如何なる元素でもよい。また水の分
解を促進するものであればＲｕＯ2等のように如何なる
化合物形態をとっていてもよい。担持量については半導
体と酸化物の組合わせによって最適量を用いている。 ＜実施例２＞図２に本願発明の他の実施例の化学変換装
置３２を示す。該化学変換装置３２の構造について述べ
る。該化学変換装置３２は水槽２１、透過窓２２、陽電
極板２３、陰電極板２４、外部バイアス回路部２５及び
水素イオン透過膜２６とから構成されている。前記水槽
２１は一面開口の縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×奥行４ｃｍ
の直方体構造をしており、中央付近において開口部を有
する壁２７により仕切られている。そして、壁２７の開
口部には水素イオン透過膜２６が配設されており、該水
素イオン透過膜２６を挟んで陽電極板２３と陰電極板２
４が配設されている。ここにおいて、前記陽電極板２３
は2枚重ねられて配設されている。又、水槽２１の陽電
極板２３に対向する側壁部には透過窓２２が設けられて
おり、水槽２１の陽電極２３に対向する側壁部には透過
窓２２が設けられており、水槽２１の上部には、発生し
た酸素と水素を別々に取り出す為の開口部３０が設けら
れている。そして、発生した酸素と水素は、内部圧力の
上昇に伴い、該開口部３０を通じて外部に排出されるこ
ととなる。
【００３４】次に、前記陽電極板２３と前記陰電極板２
４の製造方法について述べる。前記陽電極板２３は、チ
タン金属基板３１はチタニアゾル溶液（光触媒研究所製
ＰＳＡ−０１）に浸漬し、０．１ミリメートル／秒の速
度で引き上げることにより前記チタン金属基板３１表面
にゾル膜をコーティングし、コーティング後に約７００
℃で約１時間焼成する工程を１〜１０回繰り返すことに
より厚さ５００〜２５００ｎｍの酸化チタン薄膜３８を
形成する。前記チタン金属基板３１は、直方体形状（縦
１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）で、表面に厚
さ３μｍの白金薄膜２が堆積されており、断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１８が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されている。ここにおいて、前記陽電極板２３は貫
通細孔３３が塞がらないように重ねられている。
４の製造方法について述べる。前記陽電極板２３は、チ
タン金属基板３１はチタニアゾル溶液（光触媒研究所製
ＰＳＡ−０１）に浸漬し、０．１ミリメートル／秒の速
度で引き上げることにより前記チタン金属基板３１表面
にゾル膜をコーティングし、コーティング後に約７００
℃で約１時間焼成する工程を１〜１０回繰り返すことに
より厚さ５００〜２５００ｎｍの酸化チタン薄膜３８を
形成する。前記チタン金属基板３１は、直方体形状（縦
１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）で、表面に厚
さ３μｍの白金薄膜２が堆積されており、断面が直径１
ｍｍの円形である貫通細孔１８が１ｍｍ間隔で格子状に
開口されている。ここにおいて、前記陽電極板２３は貫
通細孔３３が塞がらないように重ねられている。
【００３５】又、前記陰電極板２４は断面が直径１ｍｍ
の円形である貫通細孔３４が１ｍｍ間隔で格子状に開口
されているラス形状のチタン基板表面（直方体形状 縦
１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）上に溶着法に
より白金層３７を付けたものを用いており、前記水素イ
オン透過膜２６にはパーフルオロスルフォン膜（デュポ
ン製ナフィオン１１７）を用いている。前記水素イオン
透過膜２６の断面形状は縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの正方
形である。そして、前記水槽２１の側面に設けられた前
記透過窓１０には石英ガラス製を用いており、前記水槽
２１内には純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ
3電解液（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されてい
る。又、炭酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ4、若
しくは、水酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を
注入しても構わない。前記透過窓２２の大きさは縦１０
ｃｍで、横１０ｃｍである。
の円形である貫通細孔３４が１ｍｍ間隔で格子状に開口
されているラス形状のチタン基板表面（直方体形状 縦
１０ｃｍＸ横１０ｃｍＸ厚さ０．５ｍｍ）上に溶着法に
より白金層３７を付けたものを用いており、前記水素イ
オン透過膜２６にはパーフルオロスルフォン膜（デュポ
ン製ナフィオン１１７）を用いている。前記水素イオン
透過膜２６の断面形状は縦１０ｃｍ、横１０ｃｍの正方
形である。そして、前記水槽２１の側面に設けられた前
記透過窓１０には石英ガラス製を用いており、前記水槽
２１内には純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ
3電解液（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されてい
る。又、炭酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ4、若
しくは、水酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を
注入しても構わない。前記透過窓２２の大きさは縦１０
ｃｍで、横１０ｃｍである。
【００３６】次に、本願発明である化学変換装置３２の
動作原理について記述する。前記透過窓２２の外側に、
光源３５として２５０Ｗ超高圧水銀ランプ（ウシオ電機
製）を備えることにより前記陽電極板２３に光を照射
し、前記外部バイアス回路２５（印加電圧２Ｖ）を通じ
て前記陰電極板２４と前記陽電極板２３に電圧が印加さ
れる。発生する気体の量は印加電圧の増加につれて増加
するが、２Ｖ〜１０Ｖ程度の印加電圧が望ましい。
動作原理について記述する。前記透過窓２２の外側に、
光源３５として２５０Ｗ超高圧水銀ランプ（ウシオ電機
製）を備えることにより前記陽電極板２３に光を照射
し、前記外部バイアス回路２５（印加電圧２Ｖ）を通じ
て前記陰電極板２４と前記陽電極板２３に電圧が印加さ
れる。発生する気体の量は印加電圧の増加につれて増加
するが、２Ｖ〜１０Ｖ程度の印加電圧が望ましい。
【００３７】前記光源３５による光照射により前記陽電
極２３において生成された正孔が前記水槽２１内に注入
されている純水若しくはＮａＨＣＯ3電解液（０．１ｍ
ｏｌ／リットル）に含まれている水分子に作用して、酸
素と水素イオンが生成され、水素イオンのみが前記水素
イオン透過膜を通過して前記陰電極板２４が属する空間
１００側へと移動する。そして、前記外部バイアス回路
２５を介して前記陰電極板２４から供給される電子と前
記水素イオン透過膜２６を通過した水素イオンとが反応
して水素が生成される。特に、各電極板に電圧を印加す
ることにより、水素イオンが前記陽電極板２３から前記
陰電極板２４へと移動するので効率よく前記陰電極板２
４において水素イオンが還元されて水素が生成される。
そして、酸素と水素は別々の前記開口部３０により放出
される。前記水槽２１内に純水を注入した場合におい
て、発生される酸素及び水素をガスクロマトグラフ、圧
力計により定性定量した結果、反応開始から約２時間後
には酸素が約２００μｍｏｌ、水素が約４１０μｍｏｌ
生成されることが確認された。
極２３において生成された正孔が前記水槽２１内に注入
されている純水若しくはＮａＨＣＯ3電解液（０．１ｍ
ｏｌ／リットル）に含まれている水分子に作用して、酸
素と水素イオンが生成され、水素イオンのみが前記水素
イオン透過膜を通過して前記陰電極板２４が属する空間
１００側へと移動する。そして、前記外部バイアス回路
２５を介して前記陰電極板２４から供給される電子と前
記水素イオン透過膜２６を通過した水素イオンとが反応
して水素が生成される。特に、各電極板に電圧を印加す
ることにより、水素イオンが前記陽電極板２３から前記
陰電極板２４へと移動するので効率よく前記陰電極板２
４において水素イオンが還元されて水素が生成される。
そして、酸素と水素は別々の前記開口部３０により放出
される。前記水槽２１内に純水を注入した場合におい
て、発生される酸素及び水素をガスクロマトグラフ、圧
力計により定性定量した結果、反応開始から約２時間後
には酸素が約２００μｍｏｌ、水素が約４１０μｍｏｌ
生成されることが確認された。
【００３８】尚、本実施例では、酸化チタン膜の成膜に
ゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビーム蒸着法、気
相成長法やスパッタ法を用いても構わない。又、酸化チ
タン膜の代わりに酸化タングステン膜を用いても同様な
効果が得ることができるし、酸化チタン薄膜２６の表面
に酸素発生用触媒として、酸化ルテニウム微粒子４０を
担持し酸素の発生速度を増大させるようにしても良い。
例えば、ＲｕＣｌ3溶液に基板を浸漬し、引き上げ後乾
燥させ、約５００℃で約1時間焼成すると、ＲｕＣｌ3中
の酸素により酸化されてＲｕＯ2へと変化することによ
り前記酸化ルテニウム微粒子４が担持される。尚、水素
イオン交換膜２６の代わりにＵ字型塩橋を用い、両電極
板が設けられた両空間に含有される両溶液に該Ｕ字型塩
橋の先端を浸しても構わない。本実施例では、酸化チタ
ン膜の成膜にゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビー
ム蒸着法、気相成長法やスパッタ法を用いても構わな
い。
ゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビーム蒸着法、気
相成長法やスパッタ法を用いても構わない。又、酸化チ
タン膜の代わりに酸化タングステン膜を用いても同様な
効果が得ることができるし、酸化チタン薄膜２６の表面
に酸素発生用触媒として、酸化ルテニウム微粒子４０を
担持し酸素の発生速度を増大させるようにしても良い。
例えば、ＲｕＣｌ3溶液に基板を浸漬し、引き上げ後乾
燥させ、約５００℃で約1時間焼成すると、ＲｕＣｌ3中
の酸素により酸化されてＲｕＯ2へと変化することによ
り前記酸化ルテニウム微粒子４が担持される。尚、水素
イオン交換膜２６の代わりにＵ字型塩橋を用い、両電極
板が設けられた両空間に含有される両溶液に該Ｕ字型塩
橋の先端を浸しても構わない。本実施例では、酸化チタ
ン膜の成膜にゾルゲル法を用いたが、エレクトロンビー
ム蒸着法、気相成長法やスパッタ法を用いても構わな
い。
【００３９】更に、前記水槽７は上述した形状や大きさ
に限定するものではなく、透過窓２２をわざわざ設けな
いで、水槽７全面が光透過材で構成して陽電極板に光を
照射するようにしても良い。
に限定するものではなく、透過窓２２をわざわざ設けな
いで、水槽７全面が光透過材で構成して陽電極板に光を
照射するようにしても良い。
【００４０】更に、本願発明で用いる光半導体は次の条
件を満たしていれば如何なる化合物でも良い。（１）光
照射によって生成した電子の電位が水を還元できる電位
よりも負であること。（２）光照射によって生成した正
孔の電位が水を酸化できる電位よりも負であること。
（３）半導体自身が炭酸塩水溶液中で光照射しても安定
であること。担持する金属としては、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎ
ｉ，Ｔｉ，Ｃｕなど炭酸塩水溶液中で光照射しても金属
として安定であれば如何なる元素でもよい。また水の分
解を促進するものであればＲｕＯ2等のように如何なる
化合物形態をとっていても良い。担持量については半導
体と酸化物の組合わせによって最適量を用いている。 ＜実施例３＞上述のように、水素と酸素を発生させる
と、発生初期段階で貫通細孔にガスが気泡状に付着し、
反応が進行しにくくなる。そこで、発生した気体が素早
く電極板から脱離する構造が図３に示されている。図２
は水流を利用して電極板表面の気泡を除去する方法が示
されている。
件を満たしていれば如何なる化合物でも良い。（１）光
照射によって生成した電子の電位が水を還元できる電位
よりも負であること。（２）光照射によって生成した正
孔の電位が水を酸化できる電位よりも負であること。
（３）半導体自身が炭酸塩水溶液中で光照射しても安定
であること。担持する金属としては、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｎ
ｉ，Ｔｉ，Ｃｕなど炭酸塩水溶液中で光照射しても金属
として安定であれば如何なる元素でもよい。また水の分
解を促進するものであればＲｕＯ2等のように如何なる
化合物形態をとっていても良い。担持量については半導
体と酸化物の組合わせによって最適量を用いている。 ＜実施例３＞上述のように、水素と酸素を発生させる
と、発生初期段階で貫通細孔にガスが気泡状に付着し、
反応が進行しにくくなる。そこで、発生した気体が素早
く電極板から脱離する構造が図３に示されている。図２
は水流を利用して電極板表面の気泡を除去する方法が示
されている。
【００４１】図３に、化学変換装置３２に循環ポンプ
（水流ポンプ）５２を設置したものであり、水槽２１内
の純水等の水溶液を循環ポンプ（水流ポンプ）５２によ
り循環させることにより陽電極板２３に付着している気
泡を吹き払うような構成としている。ここにおいて、化
学変換装置３２を 用いているが、化学変換装置１２を
用いても良い。尚、該循環ポンプ（水流ポンプ）５２
は、循環パイプ５５に設けられており、前記循環パイプ
５５は水槽２１の陽電極板２３側の上部と下部に開口部
を設けて接続されている。
（水流ポンプ）５２を設置したものであり、水槽２１内
の純水等の水溶液を循環ポンプ（水流ポンプ）５２によ
り循環させることにより陽電極板２３に付着している気
泡を吹き払うような構成としている。ここにおいて、化
学変換装置３２を 用いているが、化学変換装置１２を
用いても良い。尚、該循環ポンプ（水流ポンプ）５２
は、循環パイプ５５に設けられており、前記循環パイプ
５５は水槽２１の陽電極板２３側の上部と下部に開口部
を設けて接続されている。
【００４２】又、図４には電極板表面を水平となるよう
に設置し、発生した気泡を浮力を利用して速やかに上方
に脱離させる方法が示されている。図４において、本願
発明の化学変換装置を説明する。
に設置し、発生した気泡を浮力を利用して速やかに上方
に脱離させる方法が示されている。図４において、本願
発明の化学変換装置を説明する。
【００４３】図４に本願発明の他の実施例の化学変換装
置６２を示す。該化学変換装置６２の構造について述べ
る。該化学変換装置６２は水槽８０、石英ガラス製のＵ
Ｖ透過窓６９、陽電極板６３、陰電極板６５、外部バイ
アス回路部６０及び水素イオン透過膜６６とから構成さ
れている。前記水槽８０は箱型形状をしており、上面に
は透過窓６９が嵌め込まれており、該透過窓６９の横に
は酸素が流出する開口部６４が設けられている。更に、
水槽８０の下方には水素が流出する開口部６７が設けら
れている。又、水槽８０の内部にはミリポア製パーソナ
ル超純水製造装置（Ｓｉｍｐｌｉ Ｌａｂ）で製造した
超純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ3電解液
（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されている。又、炭
酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ4、若しくは、水
酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を注入しても
構わない。水槽８０の内部には透過窓６９と略平行に水
素イオン透過膜６６が配設されており、該水素イオン透
過膜６６を挟んで陽電極板６３が透過窓９の方に、陰電
極板６５が陽電極板６４と反対側に配設されている。こ
こにおいて、前記陽電極板６３は2枚重ねられて配設さ
れている。又、外部バイアス回路部６０が水槽８０の外
部に配設されており、陽電極板６３と陰電極板６５に電
圧を印加することが可能となっている。又、水槽８０の
陽電極板６３に対向する透過窓６９の外側には光源６０
を配設することにより反応を促進させること可能とな
る。即ち、光照射すると量論的な水の分解が起きる為水
素生成速度は、純水中のみで反応したときの約５００倍
以上に増加される。そして、発生した酸素と水素は、該
開口部６４及び６７を通じて外部に排出される。
置６２を示す。該化学変換装置６２の構造について述べ
る。該化学変換装置６２は水槽８０、石英ガラス製のＵ
Ｖ透過窓６９、陽電極板６３、陰電極板６５、外部バイ
アス回路部６０及び水素イオン透過膜６６とから構成さ
れている。前記水槽８０は箱型形状をしており、上面に
は透過窓６９が嵌め込まれており、該透過窓６９の横に
は酸素が流出する開口部６４が設けられている。更に、
水槽８０の下方には水素が流出する開口部６７が設けら
れている。又、水槽８０の内部にはミリポア製パーソナ
ル超純水製造装置（Ｓｉｍｐｌｉ Ｌａｂ）で製造した
超純水若しくは炭酸塩水溶液としてＮａＨＣＯ3電解液
（０．１ｍｏｌ／リットル）が注入されている。又、炭
酸塩水溶液の代わりに硫酸塩ＮａＳＯ4、若しくは、水
酸塩ＮａＯＨ（０．１ｍｏｌ／リットル）を注入しても
構わない。水槽８０の内部には透過窓６９と略平行に水
素イオン透過膜６６が配設されており、該水素イオン透
過膜６６を挟んで陽電極板６３が透過窓９の方に、陰電
極板６５が陽電極板６４と反対側に配設されている。こ
こにおいて、前記陽電極板６３は2枚重ねられて配設さ
れている。又、外部バイアス回路部６０が水槽８０の外
部に配設されており、陽電極板６３と陰電極板６５に電
圧を印加することが可能となっている。又、水槽８０の
陽電極板６３に対向する透過窓６９の外側には光源６０
を配設することにより反応を促進させること可能とな
る。即ち、光照射すると量論的な水の分解が起きる為水
素生成速度は、純水中のみで反応したときの約５００倍
以上に増加される。そして、発生した酸素と水素は、該
開口部６４及び６７を通じて外部に排出される。
【００４４】尚、陽電極板６３表面が水平になるように
設置し、発生した気泡を浮力を利用して速やかに上方に
離脱することが可能となる。
設置し、発生した気泡を浮力を利用して速やかに上方に
離脱することが可能となる。
【００４５】尚、前記陽電極板６３と前記陰電極板６５
の製造方法については、実施例１及び実施例２と同様で
あるので説明は省略することとする。
の製造方法については、実施例１及び実施例２と同様で
あるので説明は省略することとする。
【００４６】
【発明の効果】尚、本願発明の装置を用いることによ
り、水素と酸素を効率的に発生させることができ、しか
も各気体が完全に分離された高純度の気体として得るこ
とが可能となる。
り、水素と酸素を効率的に発生させることができ、しか
も各気体が完全に分離された高純度の気体として得るこ
とが可能となる。
【図１】本願発明の第１の実施例である装置の概略図で
ある。
ある。
【図２】本願発明の第２の実施例である装置の概略図で
ある。
ある。
【図３】本願発明の第３の実施例である装置の概略図で
ある。
ある。
【図４】本願発明の第４の実施例である装置の概略図で
ある。
ある。
１ 酸化チタン薄膜 ２ 白金薄膜 ３ チタン金属基板 ４ 酸化ルテニウム微粒子 ５ 白金電極 ６ 水素イオン交換膜 ７ 水槽 ８ 壁 ９ 光源 １０ 透過窓 １１ 外部バイアス回路部 １２ 化学変換装置 １３ 開口部 １４ 陽電極板 １５ 陰電極板 １６ 回路 １７ 貫通細孔 １８ 貫通細孔 ２１ 水槽 ２２ 透過窓 ２３ 陽電極板 ２４ 陰電極板 ２５ 外部バイアス回路部 ２６ イオン透過膜 ２７ 壁 ２９ 回路 ３０ 開口部 ３１ チタン金属基板 ３２ 白金薄膜 ３３ 貫通細孔 ３４ 貫通細孔 ３５ 光源 ３８ 酸化チタン薄膜 ４０ 酸化ルテニウム ５５ 循環パイプ ６０ 光源 ６１ 外部バイアス回路部 ６２ 化学変換装置 ６４ 開口部 ６５ 陰電極板 ６７ 開口部 ６３ 陽電極板 ６６ イオン透過膜 ６９ 透過窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 37/03 Ｂ０１Ｊ 37/03 Ａ Ｃ０１Ｂ 3/04 Ｃ０１Ｂ 3/04 Ａ 13/02 13/02 Ｂ Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｃ２３Ｃ 14/08 Ｅ (72)発明者 野島 秀雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G042 BA08 BB04 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA18 BA48A BB02A BB02B BB04A BB04B BC60A BC70A BC70B BC75A BC75B CC33 EA07 EB10 EC22X EC22Y FA04 FB02 FB03 FB08 4G075 AA02 AA05 AA43 BA04 BA06 BA08 CA14 CA54 DA02 EB01 FC02 FC13 4K029 AA02 BA43 BA48 BB07 BD00 CA01 CA05 DB21
Claims (16)
- 【請求項１】 水槽内に、二電極板を有し、各電極板の
属する空間がイオン交換膜又は塩橋により連通されてい
ることを特徴とする化学変換装置。 - 【請求項２】 前記二電極板が陽電極板と陰電極板であ
ることを特徴とする請求項１記載の化学変換装置。 - 【請求項３】 陽電極板を複数有することを特徴とする
請求項２記載の化学変換装置。 - 【請求項４】 前記陽電極板は、金属基板表面上に白金
薄膜を形成し、さらに光半導体薄膜を形成していること
を特徴とする請求項２乃至請求項３記載の化学変換装
置。 - 【請求項５】 前記陰電極板は、表面に白金層を形成し
ていることを特徴とする請求項２乃至請求項４何れか記
載の化学変換装置。 - 【請求項６】 前記金属基板が、貫通細孔を多数形成し
たチタン、ニオブ、タンタルであることを特徴とする請
求項３乃至請求項５何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項７】 前記金属基板表面に白金薄膜を形成する
際において、白金を溶着法、若しくは電解メッキ法、若
しくはスパッタ蒸着法で形成することを特徴とする請求
項４乃至請求項６何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項８】 前記半導体光触媒膜が、アナターゼ型若
しくはルチル型結晶構造の酸化チタン又はルチル型とア
ナターゼ型が混合した結晶構造の酸化チタン若しくは酸
化タングステンであることを特徴とする請求項４乃至請
求項７何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項９】 前記光半導体薄膜がゾルゲル法、有機金
属気相成長法、エレクトロンビーム蒸着法、スパッタ法
を用いて形成することを特徴とする請求項４乃至請求項
８何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項１０】 前記光半導体薄膜の表面に酸化ルテニ
ウム微粒子を被覆することを特徴とする請求項４乃至請
求項９何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項１１】 前記各電極板にバイアス電圧を印加し
た状態において、光照射することを特徴とする請求項１
乃至請求項１０何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項１２】 前記水槽内に、電解質として炭酸塩、
硫酸塩、もしくは水酸塩水溶液を注入することを特徴と
する請求項１乃至請求項１１何れか記載の化学変換装
置。 - 【請求項１３】 前記電極は細孔を有し、複数枚の電極
を重ねる際に、前後の電極の細孔がお互いに塞がらない
ようにずらして重ねることを特徴とする請求項３乃至請
求項１２何れか記載の化学変換装置。 - 【請求項１４】 陽電極板の光半導体薄膜表面におい
て、光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸
素を発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面に付着
した酸素を水流により離脱させることを特徴とする化学
変換装置。 - 【請求項１５】 陽電極の光半導体薄膜表面において、
光照射により生成した正孔を水分子に反応させて酸素を
発生させる際に、陽電極の光半導体薄膜表面を上方に向
けることにより、浮力を利用して、細孔にトラップされ
た酸素を電極板細孔から脱離させることを特徴とする化
学変換装置。 - 【請求項１６】 陽電極と陰電極にバイアス電圧を印加
するとともに、陽電極の光半導体層に紫外光若しくは太
陽光を照射することを特徴とする化学変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000141253A JP2001286749A (ja) | 2000-02-03 | 2000-05-15 | 化学変換装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025921 | 2000-02-03 | ||
| JP2000-25921 | 2000-02-03 | ||
| JP2000141253A JP2001286749A (ja) | 2000-02-03 | 2000-05-15 | 化学変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001286749A true JP2001286749A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=26584771
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000141253A Pending JP2001286749A (ja) | 2000-02-03 | 2000-05-15 | 化学変換装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2001286749A (ja) |
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| US7318888B2 (en) | 2002-02-20 | 2008-01-15 | Itm Power Ltd | Method of photoelectrolysis |
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-
2000
- 2000-05-15 JP JP2000141253A patent/JP2001286749A/ja active Pending
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