JP2002233769A - 水の可視光分解用光触媒 - Google Patents
水の可視光分解用光触媒Info
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- C01B13/02—Preparation of oxygen
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- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水の可視光分解用の新規な光触媒の提供
【解決手段】 少なくとも斜方晶系窒化タンタルを含有
することを特徴とする光触媒
することを特徴とする光触媒
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な光触媒に関
する。すなわち、少なくとも斜方晶系窒化タンタルを含
有すること、特に斜方晶系窒化タンタルからなることを
特徴とする可視光活性な光触媒および水の分解用光触媒
に関する。
する。すなわち、少なくとも斜方晶系窒化タンタルを含
有すること、特に斜方晶系窒化タンタルからなることを
特徴とする可視光活性な光触媒および水の分解用光触媒
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光で触媒反応を行う技術としては、光触
媒能を有する固体化合物に光を照射し、生成した励起電
子やホールで反応物を酸化、あるいは還元して目的物を
得る方法が既に知られている。中でも、反応の対象物質
が水である、水の光分解反応は光エネルギー変換の観点
から興味が持たれている。また、水の光分解反応に活性
を示す光触媒は、光吸収、電荷分離、表面での酸化還元
反応といった機能を備えた高度な光機能材料と見ること
ができる。工藤、加藤等は、タンタル酸アルカリ、アル
カリ土類等が、水の完全光分解反応に高い活性を示す光
触媒であることを多くの先行文献を挙げて説明している
〔例えば、Catal.Lett.,58(1999).153-155、Chem.Let
t.,(1999),1207、表面，Vol.36,No.12(1998),625-645
（文献Ａという）〕。前記文献Ａにおいては、水を水素
または／および酸素に分解する反応を進めるのに有用な
光触媒材料について解説しており、水の還元による水素
生成反応、または酸化による酸素生成反応および水の完
全光分解反応用光触媒についての多くの示唆をしてい
る。また、白金、ＮｉＯなどの助触媒を担持した光触媒
などについいても言及している。
媒能を有する固体化合物に光を照射し、生成した励起電
子やホールで反応物を酸化、あるいは還元して目的物を
得る方法が既に知られている。中でも、反応の対象物質
が水である、水の光分解反応は光エネルギー変換の観点
から興味が持たれている。また、水の光分解反応に活性
を示す光触媒は、光吸収、電荷分離、表面での酸化還元
反応といった機能を備えた高度な光機能材料と見ること
ができる。工藤、加藤等は、タンタル酸アルカリ、アル
カリ土類等が、水の完全光分解反応に高い活性を示す光
触媒であることを多くの先行文献を挙げて説明している
〔例えば、Catal.Lett.,58(1999).153-155、Chem.Let
t.,(1999),1207、表面，Vol.36,No.12(1998),625-645
（文献Ａという）〕。前記文献Ａにおいては、水を水素
または／および酸素に分解する反応を進めるのに有用な
光触媒材料について解説しており、水の還元による水素
生成反応、または酸化による酸素生成反応および水の完
全光分解反応用光触媒についての多くの示唆をしてい
る。また、白金、ＮｉＯなどの助触媒を担持した光触媒
などについいても言及している。
【０００３】しかしながら、ここで解説されている化合
物類は、非金属としては酸素を含むものが主であり、金
属としてはＴａ、ＮｂおよびＴｉといった遷移金属を用
いたものである。また、多くの固体光触媒は価電子帯と
伝導帯の間にある禁制帯の幅、即ち、バンドギャップエ
ネルギ−が大きいため(＞３eV)、低いエネルギーの可視
光（エネルギー：３ｅＶ未満）で作動（電子と正孔を発
生）させることができない。一方、バンドギャップエネ
ルギーが小さく、可視光で電子、ホールを生ずることの
できる従来の固体光触媒のほとんどは水の光分解反応等
の反応条件下で、例えばＣｄＳ、Ｃｕ−ＺｎＳ等はバン
ドギャップは２．４ｅＶであるが該反応条件下で、酸化
的な光腐食作用を受けるため、触媒反応が限定されてい
る。一方、地表に到達する太陽光のほとんどはエネルギ
ーの小さい可視光であり、太陽光で効率的に多様な触媒
反応を進行させるためには可視光で作動しかつ安定な光
触媒が必要不可欠である。しかしながら上述のように従
来の技術で、可視光条件下で満足できるものは存在しな
い。
物類は、非金属としては酸素を含むものが主であり、金
属としてはＴａ、ＮｂおよびＴｉといった遷移金属を用
いたものである。また、多くの固体光触媒は価電子帯と
伝導帯の間にある禁制帯の幅、即ち、バンドギャップエ
ネルギ−が大きいため(＞３eV)、低いエネルギーの可視
光（エネルギー：３ｅＶ未満）で作動（電子と正孔を発
生）させることができない。一方、バンドギャップエネ
ルギーが小さく、可視光で電子、ホールを生ずることの
できる従来の固体光触媒のほとんどは水の光分解反応等
の反応条件下で、例えばＣｄＳ、Ｃｕ−ＺｎＳ等はバン
ドギャップは２．４ｅＶであるが該反応条件下で、酸化
的な光腐食作用を受けるため、触媒反応が限定されてい
る。一方、地表に到達する太陽光のほとんどはエネルギ
ーの小さい可視光であり、太陽光で効率的に多様な触媒
反応を進行させるためには可視光で作動しかつ安定な光
触媒が必要不可欠である。しかしながら上述のように従
来の技術で、可視光条件下で満足できるものは存在しな
い。
【０００４】ところで、市販の硫化カドミウムＣｄＳ
（純度９９．９９％）の紫外・可視光吸収スペクトルを
測定すると、図５に示すように紫外から可視光５５０ｎ
ｍまでのスペクトルを吸収することがわかっている。ま
た、多くの研究者の報告によると、ＣｄＳはバンドギャ
ップ２．４ｅＶを形成する価電子帯と伝導体は、電位的
に酸素と水素を生成する程度に余裕があることから、理
論的には、水を前記スペクトルにより水素と酸素に分解
できる能力を持っていると考えられているが、実際に
は、４４０ｎｍ以上の可視光照射下で水の分解反応を行
うと、水素は安定して生成するものの、酸素の生成はま
ったく見られないことが報告されている。これは、触媒
表面の化学種の安定性が悪いことにより触媒自体の光溶
解（光腐食作用）が起こること、および固体内部で光励
起により生じた正孔が表面に移動した際に、水分子より
も、表面のＳ2-を優先的に酸化し酸化皮膜を形成するこ
とによるものである。以上のことから、純粋な硫化物Ｃ
ｄＳは、４４０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロト
ンを水素に還元できるが、水から酸素を生成できるほど
安定な材料でなく、その能力がないことがわかってい
る。
（純度９９．９９％）の紫外・可視光吸収スペクトルを
測定すると、図５に示すように紫外から可視光５５０ｎ
ｍまでのスペクトルを吸収することがわかっている。ま
た、多くの研究者の報告によると、ＣｄＳはバンドギャ
ップ２．４ｅＶを形成する価電子帯と伝導体は、電位的
に酸素と水素を生成する程度に余裕があることから、理
論的には、水を前記スペクトルにより水素と酸素に分解
できる能力を持っていると考えられているが、実際に
は、４４０ｎｍ以上の可視光照射下で水の分解反応を行
うと、水素は安定して生成するものの、酸素の生成はま
ったく見られないことが報告されている。これは、触媒
表面の化学種の安定性が悪いことにより触媒自体の光溶
解（光腐食作用）が起こること、および固体内部で光励
起により生じた正孔が表面に移動した際に、水分子より
も、表面のＳ2-を優先的に酸化し酸化皮膜を形成するこ
とによるものである。以上のことから、純粋な硫化物Ｃ
ｄＳは、４４０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロト
ンを水素に還元できるが、水から酸素を生成できるほど
安定な材料でなく、その能力がないことがわかってい
る。
【０００５】ところで、本発明者等は、窒素原子の価電
子は酸素原子のそれに比べて高いエネルギーを持つため
に窒素原子を含有する金属化合物のバンドギャップエネ
ルギーは金属酸化物のそれに比べて小さくすることがで
きるであろうと言う推測の下に、適当な量の窒素原子と
結合した金属および金属化合物は長波長の可視光の吸収
によって励起電子とホールを生成することが可能とな
り、可視光で作動する光触媒の構築が可能であろうと考
えて、遷移金属を含むオキシナイトライトを合成し、可
視光で作動する光触媒を提案した（特願２０００−２５
６６８１、参照）。
子は酸素原子のそれに比べて高いエネルギーを持つため
に窒素原子を含有する金属化合物のバンドギャップエネ
ルギーは金属酸化物のそれに比べて小さくすることがで
きるであろうと言う推測の下に、適当な量の窒素原子と
結合した金属および金属化合物は長波長の可視光の吸収
によって励起電子とホールを生成することが可能とな
り、可視光で作動する光触媒の構築が可能であろうと考
えて、遷移金属を含むオキシナイトライトを合成し、可
視光で作動する光触媒を提案した（特願２０００−２５
６６８１、参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、可視
光の広い波長域において作動する新規な光触媒を提供す
ることである。本発明者等は、前記遷移金属を含むオキ
シナイトライトの発想を更に押し進めて、遷移金属が窒
素とのみ結合した化合物においても可視光で作動する光
触媒が得られるのではないかと考え、鋭意安定的な遷移
金属窒化物の合成を試み、化学式Ｔａ3Ｎ5を持つ斜方晶
系の窒化タンタルを含む化合物が、光触媒として安定的
に使用できることを見出し、前記本発明の課題を解決し
た。ここで斜方晶系の窒化タンタルを含むとは、純粋に
斜方晶系の窒化タンタルである必要がなく、Ｘ線回折で
該斜方晶系の窒化タンタルの回折スペクトルが検出され
ればよいということを意味する。
光の広い波長域において作動する新規な光触媒を提供す
ることである。本発明者等は、前記遷移金属を含むオキ
シナイトライトの発想を更に押し進めて、遷移金属が窒
素とのみ結合した化合物においても可視光で作動する光
触媒が得られるのではないかと考え、鋭意安定的な遷移
金属窒化物の合成を試み、化学式Ｔａ3Ｎ5を持つ斜方晶
系の窒化タンタルを含む化合物が、光触媒として安定的
に使用できることを見出し、前記本発明の課題を解決し
た。ここで斜方晶系の窒化タンタルを含むとは、純粋に
斜方晶系の窒化タンタルである必要がなく、Ｘ線回折で
該斜方晶系の窒化タンタルの回折スペクトルが検出され
ればよいということを意味する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも斜
方晶系窒化タンタルを含有することを特徴とする光触媒
である。好ましくは、斜方晶系窒化タンタルからなるこ
とを特徴とする光触媒であり、より好ましくは、遷移金
属からなる助触媒を担持させたことを特徴とする少なく
とも斜方晶系窒化タンタルを含有する光触媒であり、更
に好ましくは、助触媒がＰｔであることを特徴とする少
なくとも斜方晶系窒化タンタルを含有する光触媒であ
る。また、本発明は、前記斜方晶系窒化タンタルを含有
する光触媒からなる光水分解用触媒である。
方晶系窒化タンタルを含有することを特徴とする光触媒
である。好ましくは、斜方晶系窒化タンタルからなるこ
とを特徴とする光触媒であり、より好ましくは、遷移金
属からなる助触媒を担持させたことを特徴とする少なく
とも斜方晶系窒化タンタルを含有する光触媒であり、更
に好ましくは、助触媒がＰｔであることを特徴とする少
なくとも斜方晶系窒化タンタルを含有する光触媒であ
る。また、本発明は、前記斜方晶系窒化タンタルを含有
する光触媒からなる光水分解用触媒である。
【０００８】
【本発明の実施の態様】本発明をより詳細に説明する。 Ａ．本発明の可視光で光触媒能を有する窒化タンタルＴ
ａ3Ｎ5は、タンタル化合物と含窒素化合物との反応によ
って合成できる。該原料タンタル化合物としては酸化タ
ンタル、ハロゲン化タンタル、タンタル酸塩、タンタル
錯体を用い、これらの単体、あるいは他の金属酸化物、
ハロゲン化金属、金属酸塩との混合物をアンモニア、ア
ンモニウム塩、ヒドラジン、窒素、金属窒化物、金属ア
ミド、金属アンミン錯体等の含窒素化合物と反応させる
ことによって本発明の光触媒能を持つ窒化タンタルを合
成できる。特に、酸化タンタルとアンモニアとの反応が
本発明の光触媒の合成方法として有利である。この反応
ではアンモニアは、還元剤と窒素化試薬として働く。ア
ンモニアの供給速度は、反応温度に依存する。すなわち
温度が高ければ、供給速度も増大する。反応温度は６７
３〜１４７３Ｋの範囲である。
ａ3Ｎ5は、タンタル化合物と含窒素化合物との反応によ
って合成できる。該原料タンタル化合物としては酸化タ
ンタル、ハロゲン化タンタル、タンタル酸塩、タンタル
錯体を用い、これらの単体、あるいは他の金属酸化物、
ハロゲン化金属、金属酸塩との混合物をアンモニア、ア
ンモニウム塩、ヒドラジン、窒素、金属窒化物、金属ア
ミド、金属アンミン錯体等の含窒素化合物と反応させる
ことによって本発明の光触媒能を持つ窒化タンタルを合
成できる。特に、酸化タンタルとアンモニアとの反応が
本発明の光触媒の合成方法として有利である。この反応
ではアンモニアは、還元剤と窒素化試薬として働く。ア
ンモニアの供給速度は、反応温度に依存する。すなわち
温度が高ければ、供給速度も増大する。反応温度は６７
３〜１４７３Ｋの範囲である。
【０００９】Ｂ、前記焼成工程により得られた窒化タン
タルは、助触媒を付与することにより、触媒活性を向上
させることができる。このような助触媒としては、白金
（Ｐｔ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）などを挙げることが
できる。触媒に対する付与量は０．１重量％〜１０重量
％の範囲である。助触媒の付与方法としては、従来の光
触媒への助触媒の付与方法を採用することができる。例
えば、Ｐｔの場合には、テトラアンミンジクロロ白金
〔Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2〕水溶液を用いて触媒に含浸さ
せ、乾燥後、水素還元して付与することができる。
タルは、助触媒を付与することにより、触媒活性を向上
させることができる。このような助触媒としては、白金
（Ｐｔ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）などを挙げることが
できる。触媒に対する付与量は０．１重量％〜１０重量
％の範囲である。助触媒の付与方法としては、従来の光
触媒への助触媒の付与方法を採用することができる。例
えば、Ｐｔの場合には、テトラアンミンジクロロ白金
〔Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2〕水溶液を用いて触媒に含浸さ
せ、乾燥後、水素還元して付与することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。本発明はこの実施例のみに限定されないことは
云うまでもない。 実施例１ 酸化タンタルＴａ2Ｏ5（１．００ｇ）を、流速 １ｄｍ3
／分のアンモニアＮＨ3気流中下において、昇温速度１
０Ｋ／分で１１２３Ｋまで昇温した後、この温度で２５
時間保ち、その後Ｈｅ気流中下で室温まで急冷すること
によりＴａ3Ｎ5材料を合成した。助触媒であるＰｔはテ
トラアンミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2より湯
浴上で含浸させ、水分を蒸発させた。これを５７３Ｋで
２時間水素により還元処理を行った。 助触媒の含浸量
は、０．１〜１０重量％の範囲で変更できる。焼成後の
Ｔａ3Ｎ5材料のＸ線回折を図 1 に示す。図１中の回折
ピークはすべてＴａ3Ｎ5に帰属され、Ｔａ3Ｎ5の生成が
確認された。上記材料の紫外・可視吸収を図２に示す。
図２より、上記材料は６２０ｎｍまでの可視光を吸収す
ることがわかった。図３に上記の通り白金１重量％を担
持させた光触媒を０．２ｇを１０容量％のメタノール水
溶液０．２００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視
光を照射したときの、水素生成量の経時変化を示す。光
源は５００Ｗキセノンランプを用い、４２０ｎｍ以下の
波長光をカットする波長フィルターを通すことにより、
４２０ｎｍ以上の可視光を照射した。図３に示されるよ
うに、上記材料は４２０ｎｍ 以上の可視光照射下でメ
タノール水溶液から水素を定常的に生成できることがわ
かった。また、図４に上記材料０．２ｇを０．０１モル
／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液０．２００ｄｍ3に懸濁し、４
２０ｎｍ以上の可視光を照射したときの、酸素生成量の
経時変化を示す。反応は上記と同様の条件で行った。図
４より、上記材料は４２０ｎｍ以上の可視光照射下で硝
酸銀水溶液から酸素を生成できることがわかった。以上
のことから、Ｔａ3Ｎ5は４２０ｎｍ以上の波長を有する
可視光でプロトンを水素に還元、及び水を酸素に酸化す
る能力を有することが確認された。さらに、６００ｎｍ
以下の波長光をカットする波長フィルターを通すことに
より、６００ｎｍ以上の可視光を照射した場合において
も上記と同様の結果が得られた。
明する。本発明はこの実施例のみに限定されないことは
云うまでもない。 実施例１ 酸化タンタルＴａ2Ｏ5（１．００ｇ）を、流速 １ｄｍ3
／分のアンモニアＮＨ3気流中下において、昇温速度１
０Ｋ／分で１１２３Ｋまで昇温した後、この温度で２５
時間保ち、その後Ｈｅ気流中下で室温まで急冷すること
によりＴａ3Ｎ5材料を合成した。助触媒であるＰｔはテ
トラアンミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2より湯
浴上で含浸させ、水分を蒸発させた。これを５７３Ｋで
２時間水素により還元処理を行った。 助触媒の含浸量
は、０．１〜１０重量％の範囲で変更できる。焼成後の
Ｔａ3Ｎ5材料のＸ線回折を図 1 に示す。図１中の回折
ピークはすべてＴａ3Ｎ5に帰属され、Ｔａ3Ｎ5の生成が
確認された。上記材料の紫外・可視吸収を図２に示す。
図２より、上記材料は６２０ｎｍまでの可視光を吸収す
ることがわかった。図３に上記の通り白金１重量％を担
持させた光触媒を０．２ｇを１０容量％のメタノール水
溶液０．２００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視
光を照射したときの、水素生成量の経時変化を示す。光
源は５００Ｗキセノンランプを用い、４２０ｎｍ以下の
波長光をカットする波長フィルターを通すことにより、
４２０ｎｍ以上の可視光を照射した。図３に示されるよ
うに、上記材料は４２０ｎｍ 以上の可視光照射下でメ
タノール水溶液から水素を定常的に生成できることがわ
かった。また、図４に上記材料０．２ｇを０．０１モル
／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液０．２００ｄｍ3に懸濁し、４
２０ｎｍ以上の可視光を照射したときの、酸素生成量の
経時変化を示す。反応は上記と同様の条件で行った。図
４より、上記材料は４２０ｎｍ以上の可視光照射下で硝
酸銀水溶液から酸素を生成できることがわかった。以上
のことから、Ｔａ3Ｎ5は４２０ｎｍ以上の波長を有する
可視光でプロトンを水素に還元、及び水を酸素に酸化す
る能力を有することが確認された。さらに、６００ｎｍ
以下の波長光をカットする波長フィルターを通すことに
より、６００ｎｍ以上の可視光を照射した場合において
も上記と同様の結果が得られた。
【００１１】実施例２ 酸化タンタルＴａ2Ｏ5（１．００ｇ）と酸化ランタンＬ
ａ2Ｏ3 (０．７４ｇ)粉末の混合物を、流速 １ｄｍ3／
分のアンモニアＮＨ3気流中下において、昇温速度１０
Ｋ／分で１１２３Ｋまで昇温した後、この温度で２．５
〜２０時間保ち、その後Ｈｅ気流中下で室温まで急冷す
ることによりＴａ3Ｎ5含有する焼成混合物粉末を得た。
助触媒であるＰｔは、テトラアンミンジクロロ白金Ｐｔ
（ＮＨ3）4Ｃｌ2より湯浴上で前記焼成混合物粉末に含
浸させ、水分を蒸発させ、これを５７３Ｋで２時間水素
により還元処理することにより該粉末に担持させる。
助触媒の含浸量は、０．１〜１０重量％の範囲で変更で
きる。２．５〜２０時間焼成後の酸化物粉末混合体のＸ
線回折を図 ７ に示す。図７中の回折ピークはＴａ3Ｎ5
（×）、La2O3（○）及びLa(OH)3に帰属され、Ｔａ3Ｎ5
の生成が確認された。上記材料の紫外・可視吸収を測定
した結果、実施例１と同様に上記材料は６２０ｎｍまで
の可視光を吸収することがわかった。図８に各窒化時間
における上記材料の水素及び酸素の生成速度を示す。水
素生成は前記処方で白金１重量％を担持させた光触媒
０．２ｇを１０容量％のメタノール水溶液０．２００ｄ
ｍ3に懸濁し可視光を照射することによって行った。一方
酸素生成は光触媒０．２ｇを０．０１Ｎ硝酸銀水溶液
０．２００ｄｍ3に懸濁し、可視光を照射することによ
って行った。光源としては５００Ｗキセノンランプを用
い、４２０ｎｍ以下の波長光をカットする波長フィルタ
ーを通すことにより、４２０ｎｍ以上の可視光を照射し
た。図８に示されるように、Ｔａ3Ｎ5を含有する上記材
料は４２０ｎｍ 以上の可視光照射下で水素及び酸素を
生成できることがわかった。また、図８から上記混合物
はアンモニア気流中５時間以上２０時間未満窒化するこ
とによって水の光酸化に高い活性を示すことがわかっ
た。以上のことから、Ｔａ3Ｎ5を含有する金属酸化物は
４２０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロトンを水素
に還元、及び水を酸素に酸化する能力を有することが確
認された。さらに、６００ｎｍ以下の波長光をカットす
る波長フィルターを通すことにより、６００ｎｍ以上の
可視光を照射した場合においても上記と同様の結果が得
られた。
ａ2Ｏ3 (０．７４ｇ)粉末の混合物を、流速 １ｄｍ3／
分のアンモニアＮＨ3気流中下において、昇温速度１０
Ｋ／分で１１２３Ｋまで昇温した後、この温度で２．５
〜２０時間保ち、その後Ｈｅ気流中下で室温まで急冷す
ることによりＴａ3Ｎ5含有する焼成混合物粉末を得た。
助触媒であるＰｔは、テトラアンミンジクロロ白金Ｐｔ
（ＮＨ3）4Ｃｌ2より湯浴上で前記焼成混合物粉末に含
浸させ、水分を蒸発させ、これを５７３Ｋで２時間水素
により還元処理することにより該粉末に担持させる。
助触媒の含浸量は、０．１〜１０重量％の範囲で変更で
きる。２．５〜２０時間焼成後の酸化物粉末混合体のＸ
線回折を図 ７ に示す。図７中の回折ピークはＴａ3Ｎ5
（×）、La2O3（○）及びLa(OH)3に帰属され、Ｔａ3Ｎ5
の生成が確認された。上記材料の紫外・可視吸収を測定
した結果、実施例１と同様に上記材料は６２０ｎｍまで
の可視光を吸収することがわかった。図８に各窒化時間
における上記材料の水素及び酸素の生成速度を示す。水
素生成は前記処方で白金１重量％を担持させた光触媒
０．２ｇを１０容量％のメタノール水溶液０．２００ｄ
ｍ3に懸濁し可視光を照射することによって行った。一方
酸素生成は光触媒０．２ｇを０．０１Ｎ硝酸銀水溶液
０．２００ｄｍ3に懸濁し、可視光を照射することによ
って行った。光源としては５００Ｗキセノンランプを用
い、４２０ｎｍ以下の波長光をカットする波長フィルタ
ーを通すことにより、４２０ｎｍ以上の可視光を照射し
た。図８に示されるように、Ｔａ3Ｎ5を含有する上記材
料は４２０ｎｍ 以上の可視光照射下で水素及び酸素を
生成できることがわかった。また、図８から上記混合物
はアンモニア気流中５時間以上２０時間未満窒化するこ
とによって水の光酸化に高い活性を示すことがわかっ
た。以上のことから、Ｔａ3Ｎ5を含有する金属酸化物は
４２０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロトンを水素
に還元、及び水を酸素に酸化する能力を有することが確
認された。さらに、６００ｎｍ以下の波長光をカットす
る波長フィルターを通すことにより、６００ｎｍ以上の
可視光を照射した場合においても上記と同様の結果が得
られた。
【００１２】比較例１ 市販されている酸化タンタルを用いた。助触媒であるＰ
ｔはテトラアンミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2
より湯浴上で含浸させ、水分を蒸発させた。これを５７
３Ｋで２時間水素により還元処理を行った。 助触媒の
含浸量は、０．１〜５重量％の範囲で変更できる。焼成
後の材料のＸ線回折を図５に示す。図１中の回折ピーク
はほぼＴａ2Ｏ5に帰属され、Ｔａ2Ｏ5の生成が確認され
た。上記材料の紫外・可視吸収を図２に示す。図６よ
り、上記材料は２７０ｎｍまでの紫外光を吸収すること
がわかった。実施例と同様に可視光照射下で反応を行っ
たときＨ2およびＯ2の生成は、みられなかった。以上の
ことから、Ｔａ2Ｏ5の酸素の全てを窒素に置き換えたＴ
ａ3Ｎ5は４２０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロト
ンを水素に還元、及び水を酸素に酸化する能力を有する
ことが確認された。
ｔはテトラアンミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ3）4Ｃｌ2
より湯浴上で含浸させ、水分を蒸発させた。これを５７
３Ｋで２時間水素により還元処理を行った。 助触媒の
含浸量は、０．１〜５重量％の範囲で変更できる。焼成
後の材料のＸ線回折を図５に示す。図１中の回折ピーク
はほぼＴａ2Ｏ5に帰属され、Ｔａ2Ｏ5の生成が確認され
た。上記材料の紫外・可視吸収を図２に示す。図６よ
り、上記材料は２７０ｎｍまでの紫外光を吸収すること
がわかった。実施例と同様に可視光照射下で反応を行っ
たときＨ2およびＯ2の生成は、みられなかった。以上の
ことから、Ｔａ2Ｏ5の酸素の全てを窒素に置き換えたＴ
ａ3Ｎ5は４２０ｎｍ以上の波長を有する可視光でプロト
ンを水素に還元、及び水を酸素に酸化する能力を有する
ことが確認された。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明で得られた光
触媒は地表に到達する太陽光の大部分を占める可視光
（６２０ｎｍまで）で作動するものであり、太陽光で光
触媒反応を行うことによって化合物を生産することがで
きる。更に上記光触媒は実施例に示されるように可視光
で水を水素と酸素に分解する可能性を有するため、太陽
光を次世代エネルギーとしての水素に変換する光触媒と
して有望である。因みに、太陽光全体に含まれる紫外光
の割合は約５％程度である。
触媒は地表に到達する太陽光の大部分を占める可視光
（６２０ｎｍまで）で作動するものであり、太陽光で光
触媒反応を行うことによって化合物を生産することがで
きる。更に上記光触媒は実施例に示されるように可視光
で水を水素と酸素に分解する可能性を有するため、太陽
光を次世代エネルギーとしての水素に変換する光触媒と
して有望である。因みに、太陽光全体に含まれる紫外光
の割合は約５％程度である。
【図１】 本発明の可視光触媒Ｔａ3Ｎ5のＸ線回折パタ
ーン
ーン
【図２】 本発明の可視光触媒Ｔａ3Ｎ5の紫外・可視吸
収特性
収特性
【図３】 「白金１重量％を担持させた可視光触媒Ｔａ
3Ｎ5」０．２ｇを１０容量％のメタノール水溶液０．２
００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を照射し
たときの水素生成量の経時変化。
3Ｎ5」０．２ｇを１０容量％のメタノール水溶液０．２
００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を照射し
たときの水素生成量の経時変化。
【図４】 「白金１重量％を担持させた可視光触媒Ｔａ
3Ｎ5」０．２ｇを０．０１モル／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液
０．２００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を
照射したときの酸素生成量の経時変化。
3Ｎ5」０．２ｇを０．０１モル／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液
０．２００ｄｍ3に懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を
照射したときの酸素生成量の経時変化。
【図５】 Ｔａ2Ｏ5のＸ線回折パターン
【図６】 Ｔａ2Ｏ5の紫外・可視吸収特性
【図７】 Ｔａ2Ｏ5とＬａ2Ｏ3 との混合粉末をアンモ
ニア気流中で２．５〜２０時間焼成後の混合粉末のＸ線
回折パターン
ニア気流中で２．５〜２０時間焼成後の混合粉末のＸ線
回折パターン
【図８】 図７に記載の焼成後の混合粉末に１重量％の
Ｐｔ助触媒を担持させた触媒を用い、該触媒をそれぞ
れ、１０容量％のメタノール水溶液０．２００ｄｍ3、
および０．０１モル／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液０．２００
ｄｍ3に０．２ｇ懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を照
射したときの、水素および酸素生成量の経時変化
Ｐｔ助触媒を担持させた触媒を用い、該触媒をそれぞ
れ、１０容量％のメタノール水溶液０．２００ｄｍ3、
および０．０１モル／ｄｍ3ＡｇＮＯ3水溶液０．２００
ｄｍ3に０．２ｇ懸濁し、４２０ｎｍ以上の可視光を照
射したときの、水素および酸素生成量の経時変化
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 剛 神奈川県相模原市上鶴間８−２−21シャー プル東林間201 (72)発明者 一木 豪 神奈川県大和市東鶴間3839―18コーポ中山 206 Ｆターム(参考） 4G069 AA02 AA03 AA08 BA48A BB11A BB11B BC42B BC56A BC56B BC75A BC75B CC33 DA05 EA01Y EC22X EC22Y EC25 FA01 FB14 FB30
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも斜方晶系窒化タンタルを含有
することを特徴とする光触媒。 - 【請求項２】 斜方晶系窒化タンタルからなることを
特徴とする請求項１に記載の光触媒。 - 【請求項３】 遷移金属からなる助触媒を担持させたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の少なくとも斜
方晶系窒化タンタルを含有する光触媒。 - 【請求項４】 助触媒がＰｔであることを特徴とする請
求項３に記載の少なくとも斜方晶系窒化タンタルを含有
する光触媒。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の少なく
とも斜方晶系窒化タンタルを含有する光触媒からなる光
水分解用触媒。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030627A JP4064065B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 水の可視光分解用光触媒 |
| PCT/JP2001/009952 WO2002062470A1 (fr) | 2001-02-07 | 2001-11-14 | Photocatalyseurs permettant de decomposer l'eau a l'aide de la lumiere visible |
| DE60139028T DE60139028D1 (de) | 2001-02-07 | 2001-11-14 | Photokatalysatoren für die zersetzung von wasser mit sichtbarem licht |
| US10/399,501 US6864211B2 (en) | 2001-02-07 | 2001-11-14 | Photocatalysts for decomposition of water by visible light |
| EP01273676A EP1366813B1 (en) | 2001-02-07 | 2001-11-14 | Photocatalysts for decomposition of water with visible light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030627A JP4064065B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 水の可視光分解用光触媒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002233769A true JP2002233769A (ja) | 2002-08-20 |
| JP4064065B2 JP4064065B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=18894818
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030627A Expired - Fee Related JP4064065B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 水の可視光分解用光触媒 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6864211B2 (ja) |
| EP (1) | EP1366813B1 (ja) |
| JP (1) | JP4064065B2 (ja) |
| DE (1) | DE60139028D1 (ja) |
| WO (1) | WO2002062470A1 (ja) |
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| JP2004344724A (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-09 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 光触媒組成物、それから形成される光触媒体 |
| JP2004344723A (ja) * | 2003-05-20 | 2004-12-09 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 変性光触媒 |
| JP2006069804A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Asahi Kasei Chemicals Corp | メソポーラスオキシナイトライド化合物及び／またはメソポーラスナイトライド化合物 |
| JP2012020246A (ja) * | 2010-07-15 | 2012-02-02 | Panasonic Corp | 可視光応答型光触媒、水分解光触媒、水素生成デバイス及び水分解方法 |
| WO2013084447A1 (ja) | 2011-12-07 | 2013-06-13 | パナソニック株式会社 | ニオブ窒化物およびその製造方法、ニオブ窒化物含有膜およびその製造方法、並びに、半導体、半導体デバイス、光触媒、水素生成デバイスおよびエネルギーシステム |
| JP2017000971A (ja) * | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 富士フイルム株式会社 | 光触媒、薄膜状光触媒の製造方法および可視光応答性光触媒デバイス |
| JP2018162189A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 太平洋セメント株式会社 | 窒化タンタル粒子 |
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|---|---|---|---|---|
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