JP2003146602A - 水素製造装置 - Google Patents
水素製造装置Info
- Publication number
- JP2003146602A JP2003146602A JP2001341715A JP2001341715A JP2003146602A JP 2003146602 A JP2003146602 A JP 2003146602A JP 2001341715 A JP2001341715 A JP 2001341715A JP 2001341715 A JP2001341715 A JP 2001341715A JP 2003146602 A JP2003146602 A JP 2003146602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- shape
- film
- conductive substrate
- photocatalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 32
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 17
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 13
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 103
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 48
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 36
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 35
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 30
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 8
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 7
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- JBJWASZNUJCEKT-UHFFFAOYSA-M sodium;hydroxide;hydrate Chemical compound O.[OH-].[Na+] JBJWASZNUJCEKT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 エネルギー変換効率の高い水素製造装置を提
供する。 【解決手段】 光電気分解素子は導電性基板２、正極５
及び負極６によって光電気分解素子が構成される。正極
５は電荷分離用材料である白金（Ｐｔ）層からなり、負
極６は光触媒材料である酸化チタン（ＴｉＯ2）からな
る。この負極６の構造は、酸化チタンが島状（クラスタ
ー）に点在したもの、島状酸化チタンを核として結晶が
成長して柱状構造をなすもの、更に成長して多穴膜状に
なったものとする。このうち、柱状構造をなす場合が最
もエネルギーの変換効率が高い。
供する。 【解決手段】 光電気分解素子は導電性基板２、正極５
及び負極６によって光電気分解素子が構成される。正極
５は電荷分離用材料である白金（Ｐｔ）層からなり、負
極６は光触媒材料である酸化チタン（ＴｉＯ2）からな
る。この負極６の構造は、酸化チタンが島状（クラスタ
ー）に点在したもの、島状酸化チタンを核として結晶が
成長して柱状構造をなすもの、更に成長して多穴膜状に
なったものとする。このうち、柱状構造をなす場合が最
もエネルギーの変換効率が高い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽光などの光エネ
ルギーを利用して水を分解（光電気分解）し、水素ガス
（酸素ガス）を製造する装置に関する。
ルギーを利用して水を分解（光電気分解）し、水素ガス
（酸素ガス）を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化チタン（ＴiＯ2）単結晶を負極とし
白金を正極とし、紫外線照射を照射することで水が水素
と酸素に分解されることは、藤嶋・本多効果として広く
知られている。この理論を応用した水素製造装置とし
て、特開平８−２９００５２号公報、特開平１０−３１
０４０１号公報および特開平１１−２４６９８５号公報
に開示される装置が知られている。
白金を正極とし、紫外線照射を照射することで水が水素
と酸素に分解されることは、藤嶋・本多効果として広く
知られている。この理論を応用した水素製造装置とし
て、特開平８−２９００５２号公報、特開平１０−３１
０４０１号公報および特開平１１−２４６９８５号公報
に開示される装置が知られている。
【０００３】特開平８−２９００５２号公報に開示され
る装置は、水を酸化チタン薄膜に接触させて、プロトン
（Ｈ+）を発生せしめ、このプロトン（Ｈ+）を電気化学
触媒体まで分離膜を介して送り、この電気化学触媒体に
おいてバイアス回路を通して流れてきた電子（ｅ-）と
結合させて水素ガス（Ｈ2）を発生せしめるものであ
る。特開平１０−３１０４０１号公報に開示される装置
は、酸化チタンなどの光触媒粒子をポリマーでカプセル
化することで、光照射によって光触媒が溶解するのを防
止している。また、特開平１１−２４６９８５号公報に
開示される装置は、光触媒に炭素を含有せしめること
で、可視光での光触媒効果を高めるようにしている。
る装置は、水を酸化チタン薄膜に接触させて、プロトン
（Ｈ+）を発生せしめ、このプロトン（Ｈ+）を電気化学
触媒体まで分離膜を介して送り、この電気化学触媒体に
おいてバイアス回路を通して流れてきた電子（ｅ-）と
結合させて水素ガス（Ｈ2）を発生せしめるものであ
る。特開平１０−３１０４０１号公報に開示される装置
は、酸化チタンなどの光触媒粒子をポリマーでカプセル
化することで、光照射によって光触媒が溶解するのを防
止している。また、特開平１１−２４６９８５号公報に
開示される装置は、光触媒に炭素を含有せしめること
で、可視光での光触媒効果を高めるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した各装置は太陽
光エネルギーの利用効率を高めることを目的としてなさ
れたものであるが、触媒の活性も十分ではなく、また反
応の発生確率にかなりの制限があり、僅かな太陽光など
で多量の水素や酸素を得るのが難しい。
光エネルギーの利用効率を高めることを目的としてなさ
れたものであるが、触媒の活性も十分ではなく、また反
応の発生確率にかなりの制限があり、僅かな太陽光など
で多量の水素や酸素を得るのが難しい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記したエネルギー変換
効率の問題を解決するため、本発明は水（電解質溶液）
と各電極材料の接触表面積を大きくすることで、分解反
応の発生確率が高まるようにした。
効率の問題を解決するため、本発明は水（電解質溶液）
と各電極材料の接触表面積を大きくすることで、分解反
応の発生確率が高まるようにした。
【０００６】上記の目的を達成するため、本発明（請求
項１）の水素発生装置は、光電気分解素子が組み込ま
れ、この光電気分解素子は導電性基板の表面に酸化チタ
ンなどからなる光触媒材料が島状、柱状または多穴膜状
に形成された構成とした。負極となる光触媒材料を島
状、柱状または多穴膜状に形成することで、電極表面積
が増加し、水の分解反応が発生する確率が高まる。ま
た、クラスターと称される島状に結合した金属（金属酸
化物）は極めて活性が強く、光触媒反応が生じやすい。
項１）の水素発生装置は、光電気分解素子が組み込ま
れ、この光電気分解素子は導電性基板の表面に酸化チタ
ンなどからなる光触媒材料が島状、柱状または多穴膜状
に形成された構成とした。負極となる光触媒材料を島
状、柱状または多穴膜状に形成することで、電極表面積
が増加し、水の分解反応が発生する確率が高まる。ま
た、クラスターと称される島状に結合した金属（金属酸
化物）は極めて活性が強く、光触媒反応が生じやすい。
【０００７】前記水素発生装置において、白金などから
なる正極（電荷分離用材料）は導電性基板の裏面側に設
けてもよいが、導電性基板とは離間し、導電性基板とリ
ード線で電気的に接続した構成でもよい。尚、導電性基
板の裏面側に電荷分離用材料にて電極（正極）を形成す
れば、電流のパスを最短にでき、電荷の伝達効率が良く
なり導電パスの抵抗が大幅に減り、電気分解の反応確率
が向上する。この導電性基板の材料には、電気抵抗が極
めて低い銅やアルミあるいは金や銀など、元素周期表中
の良導電性の金属材料が利用でき、これら主成分の板や
バルク体が好適に利用できる。また、電荷分離用材料に
て構成される電極（正極）としては、層状に限らず、島
状、柱状または多穴膜状にすることが好ましい。
なる正極（電荷分離用材料）は導電性基板の裏面側に設
けてもよいが、導電性基板とは離間し、導電性基板とリ
ード線で電気的に接続した構成でもよい。尚、導電性基
板の裏面側に電荷分離用材料にて電極（正極）を形成す
れば、電流のパスを最短にでき、電荷の伝達効率が良く
なり導電パスの抵抗が大幅に減り、電気分解の反応確率
が向上する。この導電性基板の材料には、電気抵抗が極
めて低い銅やアルミあるいは金や銀など、元素周期表中
の良導電性の金属材料が利用でき、これら主成分の板や
バルク体が好適に利用できる。また、電荷分離用材料に
て構成される電極（正極）としては、層状に限らず、島
状、柱状または多穴膜状にすることが好ましい。
【０００８】また、前記光触媒材料からなる電極（負
極）は導電性基板の表面に直接形成せず、導電性基板の
表面に光触媒層、可視光吸収光触媒層或いは光吸収熱生
成層を単独若しくは積層して形成し、この上に島状、柱
状または多穴膜状の光触媒材料を形成してもよい。島
状、柱状または多穴膜状の光触媒材料からなる電極の下
地として、光触媒層を設けることで、透過してきた光を
無駄にせず、キャリア生成が十分になされる。また下地
として可視光吸収光触媒層を設けることで、透過光の中
の可視光の有効利用が図られる。更に、下地として光吸
収熱生成層を設けることで、太陽光を吸収して熱エネル
ギーに変え、膜表面の電気分解の反応確率を上げること
ができる。
極）は導電性基板の表面に直接形成せず、導電性基板の
表面に光触媒層、可視光吸収光触媒層或いは光吸収熱生
成層を単独若しくは積層して形成し、この上に島状、柱
状または多穴膜状の光触媒材料を形成してもよい。島
状、柱状または多穴膜状の光触媒材料からなる電極の下
地として、光触媒層を設けることで、透過してきた光を
無駄にせず、キャリア生成が十分になされる。また下地
として可視光吸収光触媒層を設けることで、透過光の中
の可視光の有効利用が図られる。更に、下地として光吸
収熱生成層を設けることで、太陽光を吸収して熱エネル
ギーに変え、膜表面の電気分解の反応確率を上げること
ができる。
【０００９】また前記導電性基板については、波板状ま
たは蛇腹状とし、接触表面積を増やし、電気分解の反応
確率を向上させるようにしてもよい。
たは蛇腹状とし、接触表面積を増やし、電気分解の反応
確率を向上させるようにしてもよい。
【００１０】尚、装置構成としては、光電気分解素子を
構成する導電性基板の一面側に、光触媒材料からなる負
極と、電荷分離用材料からなる正極を積層または形成領
域を区分けして形成してもよい。
構成する導電性基板の一面側に、光触媒材料からなる負
極と、電荷分離用材料からなる正極を積層または形成領
域を区分けして形成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水素製造
装置の断面図、図２〜図４は導電性基板の表面に形成さ
れた光触媒材料からなる電極（負極）の構造を示す図で
ある。
図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る水素製造
装置の断面図、図２〜図４は導電性基板の表面に形成さ
れた光触媒材料からなる電極（負極）の構造を示す図で
ある。
【００１２】水素製造装置はプラスチックなどからなる
ボックス状容器１をＣｕ製の導電性基板２によって室
３，４に分け、これら室３，４内にＮａＨＣＯ3水溶
液、Ｎａ2ＳＯ4水溶液、ＮａＯＨ水溶液などを満たして
いる。
ボックス状容器１をＣｕ製の導電性基板２によって室
３，４に分け、これら室３，４内にＮａＨＣＯ3水溶
液、Ｎａ2ＳＯ4水溶液、ＮａＯＨ水溶液などを満たして
いる。
【００１３】導電性基板２の室３側表面には電荷分離用
材料である白金（Ｐｔ）、あるいはニッケル酸化物（Ｎ
ｉＯｘ）、あるいはルテニウム（Ｒｕ）からなる正極５
が蒸着やスパッタリングにて形成され、導電性基板２の
室４側表面には光触媒材料である酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）からなる負極６が蒸着やスパッタリングにて形成
されている。本発明では導電性基板２、正極５及び負極
６によって光電気分解素子が構成される。
材料である白金（Ｐｔ）、あるいはニッケル酸化物（Ｎ
ｉＯｘ）、あるいはルテニウム（Ｒｕ）からなる正極５
が蒸着やスパッタリングにて形成され、導電性基板２の
室４側表面には光触媒材料である酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）からなる負極６が蒸着やスパッタリングにて形成
されている。本発明では導電性基板２、正極５及び負極
６によって光電気分解素子が構成される。
【００１４】また、室３の上面には水素ガス回収治具７
が、室４の上面には酸素ガス回収治具８が取り付けら
れ、また室４の側面には太陽光などの光を取り入れるた
めの窓９が形成されている。
が、室４の上面には酸素ガス回収治具８が取り付けら
れ、また室４の側面には太陽光などの光を取り入れるた
めの窓９が形成されている。
【００１５】前記酸化チタン（ＴｉＯ2）からなる負極
６の構造は、図２〜図４に示す構造とする。即ち図２は
島状（クラスター）に酸化チタン（ＴｉＯ2）が点在し
ており、図３は上記島状酸化チタンを核として結晶が成
長して柱状構造をなし、図４は更に成長して多穴膜状に
なったものである。このうち、柱状構造をなす場合が最
もエネルギーの変換効率が高く、これは光触媒の表面積
が大きくなるからと考えられる。そして、柱状構造のう
ちでも、アスペクト比を０．１〜５００、好ましくは１
０〜５００の範囲とした場合に最も良い結果が得られ
た。
６の構造は、図２〜図４に示す構造とする。即ち図２は
島状（クラスター）に酸化チタン（ＴｉＯ2）が点在し
ており、図３は上記島状酸化チタンを核として結晶が成
長して柱状構造をなし、図４は更に成長して多穴膜状に
なったものである。このうち、柱状構造をなす場合が最
もエネルギーの変換効率が高く、これは光触媒の表面積
が大きくなるからと考えられる。そして、柱状構造のう
ちでも、アスペクト比を０．１〜５００、好ましくは１
０〜５００の範囲とした場合に最も良い結果が得られ
た。
【００１６】以上の構成の水素製造装置に太陽光などの
光が照射されると、負極６において、電子（ｅ‐）と正
孔（ｈ+）が生成され、電子（ｅ‐）は導電性基板２を
介して正極５に至り、正孔（ｈ+）とＨ2Ｏが反応してＯ
2とプロトン（Ｈ+）が生成され、プロトン（Ｈ+）が正
極側に運ばれた電子（ｅ‐）と結合してＨ2（水素ガ
ス）が発生する。
光が照射されると、負極６において、電子（ｅ‐）と正
孔（ｈ+）が生成され、電子（ｅ‐）は導電性基板２を
介して正極５に至り、正孔（ｈ+）とＨ2Ｏが反応してＯ
2とプロトン（Ｈ+）が生成され、プロトン（Ｈ+）が正
極側に運ばれた電子（ｅ‐）と結合してＨ2（水素ガ
ス）が発生する。
【００１７】図５乃至図９は水素製造装置の変形例の断
面図であり、図５に示す水素製造装置は、白金（Ｐｔ）
などの電荷分離用材料からなる正極５の構造を、前記負
極６と同様に島状、柱状または多穴膜状に形成してい
る。斯かる構成とすることで、電荷分離効果が高まる。
面図であり、図５に示す水素製造装置は、白金（Ｐｔ）
などの電荷分離用材料からなる正極５の構造を、前記負
極６と同様に島状、柱状または多穴膜状に形成してい
る。斯かる構成とすることで、電荷分離効果が高まる。
【００１８】図６に示す水素製造装置は、正極５及び負
極６の構造を島状、柱状または多穴膜状にするととも
に、正極５の下地５１として電荷分離用材料層を設け、
負極６の下地６１として光触媒層、可視光吸収光触媒層
または光吸収熱生成層を設けている。下地６１として、
光触媒層を設けると透過してきた光を無駄なく吸収して
キャリア生成が十分になされ、可視光吸収光触媒層を設
けると透過光の中の可視光の有効利用が図られ、光吸収
熱生成層を設けると太陽光を吸収して熱エネルギーに変
え、膜表面の電気分解の反応確率を上げることができ
る。
極６の構造を島状、柱状または多穴膜状にするととも
に、正極５の下地５１として電荷分離用材料層を設け、
負極６の下地６１として光触媒層、可視光吸収光触媒層
または光吸収熱生成層を設けている。下地６１として、
光触媒層を設けると透過してきた光を無駄なく吸収して
キャリア生成が十分になされ、可視光吸収光触媒層を設
けると透過光の中の可視光の有効利用が図られ、光吸収
熱生成層を設けると太陽光を吸収して熱エネルギーに変
え、膜表面の電気分解の反応確率を上げることができ
る。
【００１９】図７に示す水素製造装置は、前記下地６１
を光触媒層、可視光吸収光触媒層または光吸収熱生成層
のうちのいずれか２層を積層した構造になっており、更
なる効果が期待できる。
を光触媒層、可視光吸収光触媒層または光吸収熱生成層
のうちのいずれか２層を積層した構造になっており、更
なる効果が期待できる。
【００２０】図８に示す水素製造装置は、導電性基板２
の形状を波板状或いは蛇腹状として表面積を大きくした
ものであり、更に図９に示す水素製造装置は、導電性基
板２の一面側に電荷分離用材料からなる正極と、光触媒
材料からなる負極をそれぞれ形成した構造になってい
る。図９に示した構造の場合には酸素と水素とを分離す
る手段が必要になる。
の形状を波板状或いは蛇腹状として表面積を大きくした
ものであり、更に図９に示す水素製造装置は、導電性基
板２の一面側に電荷分離用材料からなる正極と、光触媒
材料からなる負極をそれぞれ形成した構造になってい
る。図９に示した構造の場合には酸素と水素とを分離す
る手段が必要になる。
【００２１】次に具体的な実施例と比較例を説明する。
尚、以下の（表１）は実施例と比較例の製法、材料など
をまとめて示したものであり、（表２）は光触媒材料の
構造による水素捕集量の相違をまとめたものである。
尚、以下の（表１）は実施例と比較例の製法、材料など
をまとめて示したものであり、（表２）は光触媒材料の
構造による水素捕集量の相違をまとめたものである。
【００２２】
【表１】
【表２】
【００２３】（実施例１）１０ｃｍ×１０ｃｍ大の銅シ
ートをアセトン中で超音波洗浄した。当該銅シートを高
密度アーク放電イオンプレーティング装置にいれた。こ
の際、蒸発源からの蒸発粒子の飛行直線と基板法線のな
す角度が、約７５度になるようにシートを固定した。さ
らに、水冷されたハース内にカーボン製ハースライナー
を入れて、その中に黒色のＴｉＯ顆粒を入れた。そし
て、ロータリーポンプ、およびクライオポンプで装置内
部を４×１０-4（Ｐａ）まで排気した。次に、銅シート
近傍に設けたシースヒーターを通電加熱して、銅シート
を約４００℃まで加熱した。イオン銃内部にアルゴンガ
ス（３０ＳＣＣＭ）を導入し、装置内部に酸素ガス（１
１０ＳＣＣＭ）を導入した。この時装置内部の圧力は２
×１０-2（Ｐａ）であった。その後、アーク放電イオン
銃に電力を供給し、加速電圧；６０Ｖ、電流；１２０Ａ
の電子線をハースに投入し、成膜を約３分間行った。得
られた膜の物理膜厚は約０．５μｍであった。全く同じ
条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シートを作成した。得ら
れた銅膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、島状
のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、薄
膜の間に空隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2
膜付き銅シートをＰｔターゲットが備えられたマグネト
ロンスパッタ装置に入れ、ロータリーポンプ、およびク
ライオポンプで１×１０-4（Ｐａ）まで排気した。その
後、スパッタ装置内にアルゴンガスを導入し、装置内の
圧力が３×１０-1（Ｐａ）になるように排気速度を調整
した。Ｐｔターゲットに直流電力を投入し放電を発生さ
せ、放電しているＰｔターゲット上にＣｕシートを搬送
することにより、ＴｉＯ2膜が形成されていない面上に
約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜した。このようにし
て得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シー
ト／ＴｉＯ2膜（膜厚；０．５μｍ）の試料を用いて、
図１に示す装置を組み立てた。装置中に純水を注ぎ込
み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ラ
ンプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および純水を介してＴ
ｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時
間連続照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集し
た。捕集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜
側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集し
たガスは酸素であった。水素は常温常圧下で約２ｃｃで
あり、酸素ガスは約１ｃｃであった。
ートをアセトン中で超音波洗浄した。当該銅シートを高
密度アーク放電イオンプレーティング装置にいれた。こ
の際、蒸発源からの蒸発粒子の飛行直線と基板法線のな
す角度が、約７５度になるようにシートを固定した。さ
らに、水冷されたハース内にカーボン製ハースライナー
を入れて、その中に黒色のＴｉＯ顆粒を入れた。そし
て、ロータリーポンプ、およびクライオポンプで装置内
部を４×１０-4（Ｐａ）まで排気した。次に、銅シート
近傍に設けたシースヒーターを通電加熱して、銅シート
を約４００℃まで加熱した。イオン銃内部にアルゴンガ
ス（３０ＳＣＣＭ）を導入し、装置内部に酸素ガス（１
１０ＳＣＣＭ）を導入した。この時装置内部の圧力は２
×１０-2（Ｐａ）であった。その後、アーク放電イオン
銃に電力を供給し、加速電圧；６０Ｖ、電流；１２０Ａ
の電子線をハースに投入し、成膜を約３分間行った。得
られた膜の物理膜厚は約０．５μｍであった。全く同じ
条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シートを作成した。得ら
れた銅膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、島状
のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、薄
膜の間に空隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2
膜付き銅シートをＰｔターゲットが備えられたマグネト
ロンスパッタ装置に入れ、ロータリーポンプ、およびク
ライオポンプで１×１０-4（Ｐａ）まで排気した。その
後、スパッタ装置内にアルゴンガスを導入し、装置内の
圧力が３×１０-1（Ｐａ）になるように排気速度を調整
した。Ｐｔターゲットに直流電力を投入し放電を発生さ
せ、放電しているＰｔターゲット上にＣｕシートを搬送
することにより、ＴｉＯ2膜が形成されていない面上に
約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜した。このようにし
て得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シー
ト／ＴｉＯ2膜（膜厚；０．５μｍ）の試料を用いて、
図１に示す装置を組み立てた。装置中に純水を注ぎ込
み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ラ
ンプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および純水を介してＴ
ｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時
間連続照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集し
た。捕集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜
側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集し
たガスは酸素であった。水素は常温常圧下で約２ｃｃで
あり、酸素ガスは約１ｃｃであった。
【００２４】（実施例２）１０ｃｍ×１０ｃｍ大の銅シ
ートをアセトン中で超音波洗浄した。当該銅シートを電
線蒸着装置にいれた。この際、蒸発源からの蒸発粒子の
飛行直線と基板法線のなす角度が、約７５度になるよう
にシートを固定した。さらに、水冷されたハース内に銅
製ハースライナーを入れて、その中に黒色のＴｉＯ顆粒
を入れた。そして、ロータリーポンプ、およびクライオ
ポンプで装置内部を１×１０-4（Ｐａ）まで排気した。
次に、銅シート近傍に設けたシースヒーターを通電加熱
して、基板を約４００℃まで加熱した。装置内部に自動
圧力調整機能付き弁を介して酸素ガスを導入し、装置内
部の圧力を１×１０-2（Ｐａ）に調整した。その後、電
子銃に電力を供給し、加速電圧；５ｋＶ、電流；４００
ｍＡの電子線をハースに投入し、成膜を約１２分間行っ
た。得られた膜の物理膜厚は約１μｍであった。全く同
じ条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シートを作成した。得
られた銅膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、柱
状のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、
薄膜の間に空隙が存在することが分かった。実施例１と
同様の方法により銅シート上に膜厚；１μｍのＴｉＯ2
膜を形成した。同じ条件で９枚の同一試料を作成した。
これら該銅シートを電線蒸着装置にいれた。この際、蒸
発源からの蒸発粒子の飛行直線と基板法線のなす角度
が、約７５度になるようにシートを固定した。さらに、
水冷されたハース内にカーボン製ハースライナーを入れ
て、その中にＰｔ粒を入れた。そして、ロータリーポン
プ、およびクライオポンプで装置内部を１×１０-4（Ｐ
ａ）まで排気した。その後、電子銃に電力を供給し、加
速電圧；５ｋＶ、電流；５００ｍＡの電子線をハースに
投入し、ＴｉＯ2膜が形成されていない面上に約１５分
間の成膜を行った。得られたＰｔ膜の物理膜厚は約１μ
ｍであった。全く同じ条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シ
ートのＴｉＯ2膜が形成されていない面にＰｔ膜を形成
した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；１
μｍ）／銅シート／ＴｉＯ2膜（膜厚；１μｍ）の試料
を用いて、図５に示す装置を組み立てた。装置中に純水
を注ぎ込み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットし
た水銀ランプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および純水を
介してＴｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を
約５０時間連続照射し、照射中に発生したガスを容器中
に捕集した。捕集したガスを質量分析で分析したとこ
ろ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜
側で捕集したガスは酸素であった。水素は常温常圧下で
約４ｃｃであり、酸素ガスは約２ｃｃであった。
ートをアセトン中で超音波洗浄した。当該銅シートを電
線蒸着装置にいれた。この際、蒸発源からの蒸発粒子の
飛行直線と基板法線のなす角度が、約７５度になるよう
にシートを固定した。さらに、水冷されたハース内に銅
製ハースライナーを入れて、その中に黒色のＴｉＯ顆粒
を入れた。そして、ロータリーポンプ、およびクライオ
ポンプで装置内部を１×１０-4（Ｐａ）まで排気した。
次に、銅シート近傍に設けたシースヒーターを通電加熱
して、基板を約４００℃まで加熱した。装置内部に自動
圧力調整機能付き弁を介して酸素ガスを導入し、装置内
部の圧力を１×１０-2（Ｐａ）に調整した。その後、電
子銃に電力を供給し、加速電圧；５ｋＶ、電流；４００
ｍＡの電子線をハースに投入し、成膜を約１２分間行っ
た。得られた膜の物理膜厚は約１μｍであった。全く同
じ条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シートを作成した。得
られた銅膜の断面を走査型電子顕微鏡で観察すると、柱
状のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、
薄膜の間に空隙が存在することが分かった。実施例１と
同様の方法により銅シート上に膜厚；１μｍのＴｉＯ2
膜を形成した。同じ条件で９枚の同一試料を作成した。
これら該銅シートを電線蒸着装置にいれた。この際、蒸
発源からの蒸発粒子の飛行直線と基板法線のなす角度
が、約７５度になるようにシートを固定した。さらに、
水冷されたハース内にカーボン製ハースライナーを入れ
て、その中にＰｔ粒を入れた。そして、ロータリーポン
プ、およびクライオポンプで装置内部を１×１０-4（Ｐ
ａ）まで排気した。その後、電子銃に電力を供給し、加
速電圧；５ｋＶ、電流；５００ｍＡの電子線をハースに
投入し、ＴｉＯ2膜が形成されていない面上に約１５分
間の成膜を行った。得られたＰｔ膜の物理膜厚は約１μ
ｍであった。全く同じ条件で９枚のＴｉＯ2膜付き銅シ
ートのＴｉＯ2膜が形成されていない面にＰｔ膜を形成
した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；１
μｍ）／銅シート／ＴｉＯ2膜（膜厚；１μｍ）の試料
を用いて、図５に示す装置を組み立てた。装置中に純水
を注ぎ込み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットし
た水銀ランプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および純水を
介してＴｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を
約５０時間連続照射し、照射中に発生したガスを容器中
に捕集した。捕集したガスを質量分析で分析したとこ
ろ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜
側で捕集したガスは酸素であった。水素は常温常圧下で
約４ｃｃであり、酸素ガスは約２ｃｃであった。
【００２５】（実施例３）実施例１と同様の方法で用意
した銅シートの片面側に蒸着によりバルク状のＴｉＯ2
膜を形成した。そして、このバルク状のＴｉＯ2膜の上
に実施例２と同じ方法で、ただし、酸素ガス圧が６×１
０-3（Ｐａ）にてＴｉＯ2膜を形成した。このＴｉＯ2膜
を走査型電子顕微鏡で観察したところクレータ状の穴が
多数存在する多穴膜状であった。当該ＴｉＯ2膜付き銅
シートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロンスパ
ッタ装置に入れ、実施例１と同様にしてＴｉＯ2膜が形
成されていない面上に約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成
膜した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；
１００ｎｍ）／銅シート／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜
（膜厚；１．０μｍ）の試料を用いて、図６に示す装置
を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石
英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ
（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2
膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間連続
照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集した。捕
集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕
集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガス
は酸素であった。水素は常温常圧下で約４ｃｃであり、
酸素ガスは約２ｃｃであった。
した銅シートの片面側に蒸着によりバルク状のＴｉＯ2
膜を形成した。そして、このバルク状のＴｉＯ2膜の上
に実施例２と同じ方法で、ただし、酸素ガス圧が６×１
０-3（Ｐａ）にてＴｉＯ2膜を形成した。このＴｉＯ2膜
を走査型電子顕微鏡で観察したところクレータ状の穴が
多数存在する多穴膜状であった。当該ＴｉＯ2膜付き銅
シートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロンスパ
ッタ装置に入れ、実施例１と同様にしてＴｉＯ2膜が形
成されていない面上に約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成
膜した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（膜厚；
１００ｎｍ）／銅シート／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜
（膜厚；１．０μｍ）の試料を用いて、図６に示す装置
を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石
英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ
（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2
膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間連続
照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集した。捕
集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕
集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガス
は酸素であった。水素は常温常圧下で約４ｃｃであり、
酸素ガスは約２ｃｃであった。
【００２６】（実施例４）実施例１と同様の方法で用意
した銅シートの片面側に蒸着によりＳｉ可視光吸収層を
形成し、この上に蒸着によりバルク状のＴｉＯ2膜を形
成した。そして、このバルク状のＴｉＯ2膜の上に実施
例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を形成した。このＴｉＯ2膜
を走査型電子顕微鏡で観察したところの柱状のＴｉＯ2
が基板法線に対して斜めに成長しており、薄膜の間に空
隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2膜付き銅シ
ートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロンスパッ
タ装置に入れ、実施例１と同様にしてＴｉＯ2膜が形成
されていない面上に約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜
し、更にその後実施例２と同様にして柱状構造のＰｔ膜
を成膜した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（柱
状）／Ｐｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シート／Ｓｉ可
視光吸収層／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜（膜厚；１．
０μｍ）の試料を用いて、図７に示す装置を組み立て
た。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石英窓から３
０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ（３００Ｗ）
を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2膜の表面に紫
外線を照射した。紫外線を約５０時間連続照射し、照射
中に発生したガスを容器中に捕集した。捕集したガスを
質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは
水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガスは酸素であっ
た。水素は常温常圧下で約７ｃｃであり、酸素ガスは約
３．５ｃｃであった。
した銅シートの片面側に蒸着によりＳｉ可視光吸収層を
形成し、この上に蒸着によりバルク状のＴｉＯ2膜を形
成した。そして、このバルク状のＴｉＯ2膜の上に実施
例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を形成した。このＴｉＯ2膜
を走査型電子顕微鏡で観察したところの柱状のＴｉＯ2
が基板法線に対して斜めに成長しており、薄膜の間に空
隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2膜付き銅シ
ートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロンスパッ
タ装置に入れ、実施例１と同様にしてＴｉＯ2膜が形成
されていない面上に約１００ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜
し、更にその後実施例２と同様にして柱状構造のＰｔ膜
を成膜した。このようにして得られた９枚のＰｔ膜（柱
状）／Ｐｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シート／Ｓｉ可
視光吸収層／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜（膜厚；１．
０μｍ）の試料を用いて、図７に示す装置を組み立て
た。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石英窓から３
０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ（３００Ｗ）
を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2膜の表面に紫
外線を照射した。紫外線を約５０時間連続照射し、照射
中に発生したガスを容器中に捕集した。捕集したガスを
質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは
水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガスは酸素であっ
た。水素は常温常圧下で約７ｃｃであり、酸素ガスは約
３．５ｃｃであった。
【００２７】（実施例５）実施例１と同様の方法で用意
した銅シートの片面側にスパッタリングによりＴｉＯｘ
可視光吸収層を形成し、この上にスパッタリングにより
バルク状のＴｉＯ 2膜を形成した。そして、このバルク
状のＴｉＯ2膜の上に実施例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を
形成した。このＴｉＯ2膜を走査型電子顕微鏡で観察し
たところの柱状のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成
長しており、薄膜の間に空隙が存在することが分かっ
た。当該ＴｉＯ2膜付き銅シートをＰｔターゲットが備
えられたマグネトロンスパッタ装置に入れ、実施例１と
同様にしてＴｉＯ2膜が形成されていない面上に約１０
０ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜し、更にその後実施例２と
同様にして柱状構造のＰｔ膜を成膜した。このようにし
て得られた９枚のＰｔ膜（柱状）／Ｐｔ膜（膜厚；１０
０ｎｍ）／銅シート／ＴｉＯｘ可視光吸収層／バルク状
ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜（膜厚；１．０μｍ）の試料を用い
て、図７に示す装置を組み立てた。装置中に水（ＮａＯ
Ｈ）を注ぎ込み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセッ
トした水銀ランプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および水
を介してＴｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線
を約５０時間連続照射し、照射中に発生したガスを容器
中に捕集した。捕集したガスを質量分析で分析したとこ
ろ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜
側で捕集したガスは酸素であった。水素は常温常圧下で
約６ｃｃであり、酸素ガスは約３ｃｃであった。
した銅シートの片面側にスパッタリングによりＴｉＯｘ
可視光吸収層を形成し、この上にスパッタリングにより
バルク状のＴｉＯ 2膜を形成した。そして、このバルク
状のＴｉＯ2膜の上に実施例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を
形成した。このＴｉＯ2膜を走査型電子顕微鏡で観察し
たところの柱状のＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成
長しており、薄膜の間に空隙が存在することが分かっ
た。当該ＴｉＯ2膜付き銅シートをＰｔターゲットが備
えられたマグネトロンスパッタ装置に入れ、実施例１と
同様にしてＴｉＯ2膜が形成されていない面上に約１０
０ｎｍの厚みのＰｔ膜を成膜し、更にその後実施例２と
同様にして柱状構造のＰｔ膜を成膜した。このようにし
て得られた９枚のＰｔ膜（柱状）／Ｐｔ膜（膜厚；１０
０ｎｍ）／銅シート／ＴｉＯｘ可視光吸収層／バルク状
ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜（膜厚；１．０μｍ）の試料を用い
て、図７に示す装置を組み立てた。装置中に水（ＮａＯ
Ｈ）を注ぎ込み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセッ
トした水銀ランプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および水
を介してＴｉＯ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線
を約５０時間連続照射し、照射中に発生したガスを容器
中に捕集した。捕集したガスを質量分析で分析したとこ
ろ、Ｐｔ膜側で捕集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜
側で捕集したガスは酸素であった。水素は常温常圧下で
約６ｃｃであり、酸素ガスは約３ｃｃであった。
【００２８】（実施例６）アコーディオン状に多重に折
り返した銅シートの片面側に超低角スパッタリングによ
り実施例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を形成した。このＴ
ｉＯ2膜を走査型電子顕微鏡で観察したところの柱状の
ＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、薄膜
の間に空隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2膜
付き銅シートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロ
ンスパッタ装置に入れ、実施例２と同様にして柱状構造
のＰｔ膜を成膜した。このようにして得られた９枚のＰ
ｔ膜（柱状）／Ｐｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シート
／ＴｉＯｘ可視光吸収層／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜
（膜厚；１．０μｍ）の試料を用いて、図８に示す装置
を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石
英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ
（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2
膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間連続
照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集した。捕
集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕
集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガス
は酸素であった。水素は常温常圧下で約２６ｃｃであ
り、酸素ガスは約１３ｃｃであった。
り返した銅シートの片面側に超低角スパッタリングによ
り実施例２と同じ方法でＴｉＯ2膜を形成した。このＴ
ｉＯ2膜を走査型電子顕微鏡で観察したところの柱状の
ＴｉＯ2が基板法線に対して斜めに成長しており、薄膜
の間に空隙が存在することが分かった。当該ＴｉＯ2膜
付き銅シートをＰｔターゲットが備えられたマグネトロ
ンスパッタ装置に入れ、実施例２と同様にして柱状構造
のＰｔ膜を成膜した。このようにして得られた９枚のＰ
ｔ膜（柱状）／Ｐｔ膜（膜厚；１００ｎｍ）／銅シート
／ＴｉＯｘ可視光吸収層／バルク状ＴｉＯ2／ＴｉＯ2膜
（膜厚；１．０μｍ）の試料を用いて、図８に示す装置
を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ）を注ぎ込み、石
英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ランプ
（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉＯ2
膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間連続
照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集した。捕
集したガスを質量分析で分析したところ、Ｐｔ膜側で捕
集したガスは水素であり、ＴｉＯ2膜側で捕集したガス
は酸素であった。水素は常温常圧下で約２６ｃｃであ
り、酸素ガスは約１３ｃｃであった。
【００２９】（実施例７）実施例１と同様の方法で用意
した銅シートの片面側に、超低角スパッタリング法によ
りＴｉＯ2とＰｔの柱状混合層を形成し、図９に示す装
置を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ水）を注ぎ込
み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ラ
ンプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉ
Ｏ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間
連続照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集し
た。捕集したガスを質量分析で分析したところ、混合ガ
スと思われるガスが約２ｃｃ得られた。
した銅シートの片面側に、超低角スパッタリング法によ
りＴｉＯ2とＰｔの柱状混合層を形成し、図９に示す装
置を組み立てた。装置中に水（ＮａＯＨ水）を注ぎ込
み、石英窓から３０ｃｍ離れた位置にセットした水銀ラ
ンプ（３００Ｗ）を用い、石英窓および水を介してＴｉ
Ｏ2膜の表面に紫外線を照射した。紫外線を約５０時間
連続照射し、照射中に発生したガスを容器中に捕集し
た。捕集したガスを質量分析で分析したところ、混合ガ
スと思われるガスが約２ｃｃ得られた。
【００３０】（比較例）実施例１と同様の方法で用意し
た銅シートの片面側に蒸着により、バルク状のＴｉＯ2
膜を、他面側にスパッタリングにてバルク状のＰｔ膜を
形成した。図１に示す装置を組み立てて前記同様の実験
をしたところ、水素を実質的に捕集することはできなか
った。
た銅シートの片面側に蒸着により、バルク状のＴｉＯ2
膜を、他面側にスパッタリングにてバルク状のＰｔ膜を
形成した。図１に示す装置を組み立てて前記同様の実験
をしたところ、水素を実質的に捕集することはできなか
った。
【００３１】
【発明の効果】（表１）、（表２）からも明らかなよう
に、光触媒からなる電極の構造を島状、柱状または多穴
膜状とすることで、単純な層状とした比較例に比べ大幅
に改善されたことが分かる。また、電極と導電性基板と
の間に下地層を設けることで、更にエネルギーの変換効
率が向上し、導電性基板の形状を波板或いは蛇腹状にす
ることで飛躍的にエネルギー変換効率が向上する。した
がって、太陽光などを利用して水素ガスを発生させるこ
とが実用化でき、燃料電池などのエネルギー供給を自然
エネルギーを用いて成立させることができる。
に、光触媒からなる電極の構造を島状、柱状または多穴
膜状とすることで、単純な層状とした比較例に比べ大幅
に改善されたことが分かる。また、電極と導電性基板と
の間に下地層を設けることで、更にエネルギーの変換効
率が向上し、導電性基板の形状を波板或いは蛇腹状にす
ることで飛躍的にエネルギー変換効率が向上する。した
がって、太陽光などを利用して水素ガスを発生させるこ
とが実用化でき、燃料電池などのエネルギー供給を自然
エネルギーを用いて成立させることができる。
【図１】本発明に係る水素製造装置の断面図
【図２】導電性基板表面に形成された光触媒材料からな
る電極（負極）の構造を示す図
る電極（負極）の構造を示す図
【図３】導電性基板表面に形成された光触媒材料からな
る電極（負極）の構造を示す図
る電極（負極）の構造を示す図
【図４】導電性基板表面に形成された光触媒材料からな
る電極（負極）の構造を示す図
る電極（負極）の構造を示す図
【図５】水素製造装置の変形例の断面図
【図６】水素製造装置の変形例の断面図
【図７】水素製造装置の変形例の断面図
【図８】水素製造装置の変形例の断面図
【図９】水素製造装置の変形例の断面図
１…ボックス状容器、２…導電性基板、３、４…室、５
…正極、６…負極、７…酸素ガス回収冶具、８…水素ガ
ス回収冶具、９…窓、５１、６１…下地。
…正極、６…負極、７…酸素ガス回収冶具、８…水素ガ
ス回収冶具、９…窓、５１、６１…下地。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G069 AA03 BA04A BA04B BA18
BA48A CC33 EA06 EA11
EB01 EB05 EC28 EC29
Claims (9)
- 【請求項１】 光エネルギーを利用した水の分解により
水素を製造する装置において、この装置には光電気分解
素子が組み込まれ、この光電気分解素子は導電性基板の
表面に光触媒材料が島状、柱状または多穴膜状に形成さ
れていることを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の水素製造装置におい
て、前記導電性基板の光触媒材料を形成した面と反対側
面に電荷分離用材料が層状、島状、柱状または多穴膜状
に形成されていることを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の水素製
造装置において、前記導電性基板の表面に光触媒層が形
成され、この光触媒層の上に光触媒材料が島状、柱状ま
たは多穴膜状に形成されていることを特徴とする水素製
造装置。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の水素製
造装置において、前記導電性基板の表面に可視光吸収光
触媒層が形成され、この可視光吸収光触媒層の上に光触
媒材料が島状、柱状または多穴膜状に形成されているこ
とを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の水素製
造装置において、前記導電性基板の表面に光吸収熱生成
層が形成され、この光吸収熱生成層の上に光触媒材料が
島状、柱状または多穴膜状に形成されていることを特徴
とする水素製造装置。 - 【請求項６】 請求項１または請求項２に記載の水素製
造装置において、前記導電性基板の表面に光触媒層、可
視光吸収光触媒層および光吸収熱生成層のうちの少なく
とも２層が積層され、この上に光触媒材料が島状、柱状
または多穴膜状に形成されていることを特徴とする水素
製造装置。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６に記載の水素製造
装置において、前記導電性基板は波板状または蛇腹状を
なすことを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項８】 光エネルギーを利用した水の分解により
水素を製造する装置において、この装置には光電気分解
素子が組み込まれ、この光電気分解素子は導電性基板の
表面に光触媒材料が島状、柱状または多穴膜状に形成さ
れ、この光触媒材料が形成された導電性基板の表面と同
一面に電荷分離用材料が積層または形成領域を区分けし
て形成されていることを特徴とする水素製造装置。 - 【請求項９】 請求項１乃至請求項８に記載の水素製造
装置において、前記光触媒材料は酸化チタンであり、前
記電荷分離用材料は白金であることを特徴とする水素製
造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001341715A JP2003146602A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 水素製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001341715A JP2003146602A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 水素製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003146602A true JP2003146602A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19155696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001341715A Pending JP2003146602A (ja) | 2001-11-07 | 2001-11-07 | 水素製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003146602A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007932A3 (de) * | 2003-07-13 | 2005-07-28 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Photovoltaiksystem für die direkte wasserstofferzeugung und -sammlung |
| WO2006114972A1 (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | 半導体光電極、その製造方法及び光エネルギ変換装置 |
| KR100800588B1 (ko) | 2006-06-15 | 2008-02-04 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 태양광 반응형 이산화티탄 광촉매재의 제조방법 |
| JP2008098119A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 電子源電極とそれを用いた液中電子放出装置および水素発生方法 |
| KR100862901B1 (ko) * | 2007-05-02 | 2008-10-13 | 한국에너지기술연구원 | 튜브형 티타니아가 결합된 일체전극과 이를 이용한 수소제조장치 |
| WO2012137240A1 (ja) * | 2011-04-04 | 2012-10-11 | 株式会社日立製作所 | 半導体素子 |
| CN103097284A (zh) * | 2010-07-16 | 2013-05-08 | 特温特大学 | 光催化水分解 |
| WO2013128543A1 (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 環境耐性のある可視光応答性光触媒膜構造体および光触媒用助触媒 |
| JP2014169210A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Hokkaido Univ | 水素発生装置及び水素発生方法 |
| JP2017024956A (ja) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 株式会社日立プラントメカニクス | 光触媒からなる電極を内蔵したレシーバによる水素発生システム |
| JP2018090862A (ja) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光電極 |
| IT201900009753A1 (it) * | 2019-06-21 | 2020-12-21 | Fondazione St Italiano Tecnologia | STABLE HYDROGEN EVOLUTION ELECTROCATALYST BASED ON 3D METAL NANOSTRUCTURES ON A Ti SUBSTRATE |
| CN114752948A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-15 | 西安电子科技大学 | 一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法 |
-
2001
- 2001-11-07 JP JP2001341715A patent/JP2003146602A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005007932A3 (de) * | 2003-07-13 | 2005-07-28 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Photovoltaiksystem für die direkte wasserstofferzeugung und -sammlung |
| WO2006114972A1 (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co., Ltd. | 半導体光電極、その製造方法及び光エネルギ変換装置 |
| JP2006297300A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体光電極、その製造方法及び光エネルギ変換装置 |
| US7961452B2 (en) | 2005-04-21 | 2011-06-14 | Nissan Motor Co., Ltd. | Semiconductor photoelectrode, method for manufacturing the same, and light energy converting device |
| KR100800588B1 (ko) | 2006-06-15 | 2008-02-04 | 한국산업기술대학교산학협력단 | 태양광 반응형 이산화티탄 광촉매재의 제조방법 |
| JP2008098119A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Tokyo Univ Of Agriculture & Technology | 電子源電極とそれを用いた液中電子放出装置および水素発生方法 |
| KR100862901B1 (ko) * | 2007-05-02 | 2008-10-13 | 한국에너지기술연구원 | 튜브형 티타니아가 결합된 일체전극과 이를 이용한 수소제조장치 |
| CN103097284A (zh) * | 2010-07-16 | 2013-05-08 | 特温特大学 | 光催化水分解 |
| WO2012137240A1 (ja) * | 2011-04-04 | 2012-10-11 | 株式会社日立製作所 | 半導体素子 |
| JP5830527B2 (ja) * | 2011-04-04 | 2015-12-09 | 株式会社日立製作所 | 半導体素子、水素製造システム、並びにメタンまたはメタノール製造システム |
| WO2013128543A1 (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 環境耐性のある可視光応答性光触媒膜構造体および光触媒用助触媒 |
| JP2014169210A (ja) * | 2013-03-05 | 2014-09-18 | Hokkaido Univ | 水素発生装置及び水素発生方法 |
| JP2017024956A (ja) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 株式会社日立プラントメカニクス | 光触媒からなる電極を内蔵したレシーバによる水素発生システム |
| JP2018090862A (ja) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光電極 |
| IT201900009753A1 (it) * | 2019-06-21 | 2020-12-21 | Fondazione St Italiano Tecnologia | STABLE HYDROGEN EVOLUTION ELECTROCATALYST BASED ON 3D METAL NANOSTRUCTURES ON A Ti SUBSTRATE |
| WO2020255005A1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-12-24 | Fondazione Istituto Italiano Di Tecnologia | Stable hydrogen evolution electrocatalyst based on 3d metal nanostructures on a ti substrate |
| CN114752948A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-15 | 西安电子科技大学 | 一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法 |
| CN114752948B (zh) * | 2022-04-21 | 2024-04-09 | 西安电子科技大学 | 一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2003146602A (ja) | 水素製造装置 | |
| CN111370706B (zh) | 金属空气电池的正极材料及其制备方法 | |
| JP2000203821A (ja) | カ―ボンナノチュ―ブのフイルム化方法、その方法によりフィルム化されたカ―ボンナノチュ―ブ及びこれを用いた電界電子放出源 | |
| US20150083605A1 (en) | Semiconductor photoelectrode and method for splitting water photoelectrochemically using photoelectrochemical cell comprising the same | |
| JPH07188961A (ja) | 炭酸ガス還元電極および炭酸ガス変換装置 | |
| JP5641489B2 (ja) | アルコールを生成する方法 | |
| JP2009512976A (ja) | アルカリ燃料電池用電極及び前記電極を作成する少なくとも１つの工程を含む燃料電池の製造方法 | |
| KR20020080449A (ko) | 가스 확산성 전극, 전기 전도성 이온 전도체 및 이들의제조방법, 및 전기화학 장치 | |
| JP4206058B2 (ja) | 燃料電池用触媒層の製造方法 | |
| WO2005057716A1 (ja) | 半導体電極及びその製造方法並びにその半導体電極を用いた光電池 | |
| CN115747826A (zh) | 基于p型铜基硫化物半导体薄膜的光电化学裂解水光阳极及其电极系统 | |
| US8054611B2 (en) | Porous metal thin film, method for manufacturing the same, and capacitor | |
| CN110035822B (zh) | 制氧用光催化剂电极、制氧用光催化剂电极的制造方法及模块 | |
| KR101767593B1 (ko) | 연료전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 | |
| KR100792152B1 (ko) | 플라즈마 방전을 이용한 전극촉매용 백금계 금속 박막 제조장치 및 이를 이용한 전극촉매용 백금계 금속 박막의 제조방법 | |
| CN113289622B (zh) | 一种水分解制氢复合材料及其制备方法 | |
| KR100459060B1 (ko) | 탄소나노튜브를 이용한 연료전지의 전극용 백금촉매제조방법 | |
| WO2006085694A1 (ja) | 燃料電池用触媒層の製造方法及び製造装置 | |
| RU2421849C1 (ru) | Способ изготовления каталитического материала для топливного элемента | |
| JPH08293310A (ja) | 固体電解質膜の製造方法 | |
| JP6983404B2 (ja) | 電子源及び電子線照射装置並びに電子源の製造方法 | |
| JP2002173787A (ja) | 水素製造方法、水素製造装置及び修飾電極 | |
| CN113136601B (zh) | 二氧化钛半导体薄膜及制备方法与其在光电催化中的应用 | |
| KR102606646B1 (ko) | 초음파 분무 활성화 방법을 이용한 다공성 촉매 제조 방법 및 그 다공성 촉매를 이용한 연료전지 제조 방법 | |
| JP2015084348A (ja) | 光起電力素子及びその製造方法 |