JP3198298B2 - 光触媒−電解ハイブリッドシステムによる水素の製造方法 - Google Patents
光触媒−電解ハイブリッドシステムによる水素の製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水の電気分解によっ
て水素を発生させる技術において、光触媒反応を組み合
わせることにより、電気分解の効率を向上させ、低コス
トで水素の製造を実現させる水素の製造方法に関するも
のである。
て水素を発生させる技術において、光触媒反応を組み合
わせることにより、電気分解の効率を向上させ、低コス
トで水素の製造を実現させる水素の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】水素エネルギーは非常にクリーンなエネ
ルギー源であり、燃料電池や水素エンジンなど様々な応
用が考えられ、まさに化石エネルギーに代わる未来のエ
ネルギー形態の中心になると思われる。しかし、現在の
水素の大部分は化石資源のスチームリフォーミングなど
で製造されている。将来の化石資源の枯渇や炭酸ガスに
よる地球温暖化問題などを考慮すると、最終的には無尽
蔵の水を水素源にするしかない。水から水素を製造する
には電気分解が簡単であるが、電気を生み出すために化
石燃料を用いたのでは意味がない。そこで、無尽蔵でク
リーンかつ安全な太陽エネルギーを太陽電池で電気エネ
ルギーに変換し、水を電解して水素を製造するアイデア
が提案されている。このアイデアの最大の欠点はシステ
ム、特に太陽電池の高いコストおよび低いエネルギー収
支(システムがその寿命までに製造するエネルギー/シ
ステムを製造するエネルギー)である。シリコンなどの
太陽電池や電気分解技術は精力的に研究されてきたが、
太陽光による水素製造を実現するためには革新的な技術
でシステムのコストやエネルギー収支を大幅に向上する
必要がある。また、水の電気分解技術もかなり進んで来
ているが、ガス発生を進行させる過電圧が非常に高く、
水の理論電解電圧の1.23Vよりかなり高い電圧が必要と
され、そのためのエネルギーロスも大きな問題である。
一方、光触媒を用いて太陽光のエネルギーで水を水素と
酸素に直接分解する研究も進んでいる。この技術はコス
トが非常に低くまたリサイクルや耐久性の面で優れてい
るが、現段階でこの直接分解できる触媒は可視光を利用
できず、またその効率も高くない。
ルギー源であり、燃料電池や水素エンジンなど様々な応
用が考えられ、まさに化石エネルギーに代わる未来のエ
ネルギー形態の中心になると思われる。しかし、現在の
水素の大部分は化石資源のスチームリフォーミングなど
で製造されている。将来の化石資源の枯渇や炭酸ガスに
よる地球温暖化問題などを考慮すると、最終的には無尽
蔵の水を水素源にするしかない。水から水素を製造する
には電気分解が簡単であるが、電気を生み出すために化
石燃料を用いたのでは意味がない。そこで、無尽蔵でク
リーンかつ安全な太陽エネルギーを太陽電池で電気エネ
ルギーに変換し、水を電解して水素を製造するアイデア
が提案されている。このアイデアの最大の欠点はシステ
ム、特に太陽電池の高いコストおよび低いエネルギー収
支(システムがその寿命までに製造するエネルギー/シ
ステムを製造するエネルギー)である。シリコンなどの
太陽電池や電気分解技術は精力的に研究されてきたが、
太陽光による水素製造を実現するためには革新的な技術
でシステムのコストやエネルギー収支を大幅に向上する
必要がある。また、水の電気分解技術もかなり進んで来
ているが、ガス発生を進行させる過電圧が非常に高く、
水の理論電解電圧の1.23Vよりかなり高い電圧が必要と
され、そのためのエネルギーロスも大きな問題である。
一方、光触媒を用いて太陽光のエネルギーで水を水素と
酸素に直接分解する研究も進んでいる。この技術はコス
トが非常に低くまたリサイクルや耐久性の面で優れてい
るが、現段階でこの直接分解できる触媒は可視光を利用
できず、またその効率も高くない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、太陽エネル
ギーを用いて水から水素を電解製造する技術において、
非常にコストの低い半導体光触媒技術を部分的に取り入
れることにより電解電圧を大幅に減少させ、システム全
体のコストおよびエネルギー収支を大幅に改善する方法
を提供することをその課題とする。
ギーを用いて水から水素を電解製造する技術において、
非常にコストの低い半導体光触媒技術を部分的に取り入
れることにより電解電圧を大幅に減少させ、システム全
体のコストおよびエネルギー収支を大幅に改善する方法
を提供することをその課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、以下の発明が提供さ
れる。(1) 鉄(III)イオンを含む水溶液の存在下に半導
体光触媒に光照射して酸素を発生させる工程と、鉄(I
II)イオンの存在下に半導体光触媒に光照射して鉄
(II)イオンに還元する工程と、この工程で生成した
鉄(II)イオンを含む水溶液を電解して鉄(III)
イオンを再生させるとともに水素を発生させる電解工程
からなる水素の製造方法。(2)半導体光触媒として、RuO 2 及びWO 3 、 又
はWO 3 及びTiO 2 を用いることを特徴とする前記1
記載の方法。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、以下の発明が提供さ
れる。(1) 鉄(III)イオンを含む水溶液の存在下に半導
体光触媒に光照射して酸素を発生させる工程と、鉄(I
II)イオンの存在下に半導体光触媒に光照射して鉄
(II)イオンに還元する工程と、この工程で生成した
鉄(II)イオンを含む水溶液を電解して鉄(III)
イオンを再生させるとともに水素を発生させる電解工程
からなる水素の製造方法。(2)半導体光触媒として、RuO 2 及びWO 3 、 又
はWO 3 及びTiO 2 を用いることを特徴とする前記1
記載の方法。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明者は以前より、半導体光触
媒を用いて鉄(III)イオンを含む水溶液から酸素と鉄
(II)イオンが効率よく生成する研究を行っている。 4Fe3+ + 2H2O → 4Fe2+ + O2 + 4H+ (1) 前記(1)式の反応は約88kJ/mol of H2
O(pH=0、Fe(III)=1N)のエネルギー蓄積反
応(△G>0、アップヒル反応)である。つまり太陽エ
ネルギーを光触媒を使って化学エネルギーに変換すれ
ば、太陽エネルギーの変換貯蔵技術につながる。しかも
非常に単純かつ安価なシステムである。この様に蓄積さ
れたエネルギーは我々の利用し易い形態で取り出す必要
がある。この反応の逆反応を進行させて熱エネルギーと
して取り出す方法もあるが、利用価値が低い。もしも水
素エネルギーの様な利用価値が高い形態で取り出せれば
非常に役立つ技術になる。本発明は、WO3やTiO2、
In2O3などの半導体光触媒を用いて(1)式のように
水から酸素を発生させ、太陽エネルギーをFe2+イオ
ン水溶液の形で一時蓄積し、次にFe2+イオンを含む
水溶液を僅かな電圧で電解することにより、非常に低コ
ストの水素製造を可能にするものである。 4Fe2+ + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2 (2) (1)+(2) 2H2O → O2 + 2H2 (3)
媒を用いて鉄(III)イオンを含む水溶液から酸素と鉄
(II)イオンが効率よく生成する研究を行っている。 4Fe3+ + 2H2O → 4Fe2+ + O2 + 4H+ (1) 前記(1)式の反応は約88kJ/mol of H2
O(pH=0、Fe(III)=1N)のエネルギー蓄積反
応(△G>0、アップヒル反応)である。つまり太陽エ
ネルギーを光触媒を使って化学エネルギーに変換すれ
ば、太陽エネルギーの変換貯蔵技術につながる。しかも
非常に単純かつ安価なシステムである。この様に蓄積さ
れたエネルギーは我々の利用し易い形態で取り出す必要
がある。この反応の逆反応を進行させて熱エネルギーと
して取り出す方法もあるが、利用価値が低い。もしも水
素エネルギーの様な利用価値が高い形態で取り出せれば
非常に役立つ技術になる。本発明は、WO3やTiO2、
In2O3などの半導体光触媒を用いて(1)式のように
水から酸素を発生させ、太陽エネルギーをFe2+イオ
ン水溶液の形で一時蓄積し、次にFe2+イオンを含む
水溶液を僅かな電圧で電解することにより、非常に低コ
ストの水素製造を可能にするものである。 4Fe2+ + 4H+ → 4Fe3+ + 2H2 (2) (1)+(2) 2H2O → O2 + 2H2 (3)
【0006】以下に、本発明を詳細に説明する。前記式
(1)の反応は大きなエネルギー蓄積反応であるため外
部からエネルギーを供給しなければいけない。太陽エネ
ルギーを用いて、この反応を行わせるためにはバンドギ
ャップが3.3eV以下の半導体光触媒を用いる。酸素
発生は多電子光反応であるので、単純色素では難しい
が、半導体光触媒は電子や正孔を多数プールできるの
で、酸素発生能力が充分備わっている。触媒用の半導体
の条件としては、(i)バンドギャップの大きさに加え
て、(ii)伝導帯のポテンシャルがFe(III)/Fe
(II)のレッドクス準位より高い(負に大きい)、(ii
i)価電子帯のポテンシャルがO2/H2Oのレッドクス
順位より低い(正に大きい)、(iv)反応条件下で安定
である、という条件を満たすものでなければいけない。
具体的にはWO3やTiO2、SrTiO3,Ta2O5、
In2O3などの単純酸化物、FeTiOxのような複合
酸化物、WO3のように一定反応条件(低いpH)で限
定して利用できる酸化物半導体もある。酸化物以外では
SiCなどが伝導帯ポテンシャルの高い半導体であり有
用である。
(1)の反応は大きなエネルギー蓄積反応であるため外
部からエネルギーを供給しなければいけない。太陽エネ
ルギーを用いて、この反応を行わせるためにはバンドギ
ャップが3.3eV以下の半導体光触媒を用いる。酸素
発生は多電子光反応であるので、単純色素では難しい
が、半導体光触媒は電子や正孔を多数プールできるの
で、酸素発生能力が充分備わっている。触媒用の半導体
の条件としては、(i)バンドギャップの大きさに加え
て、(ii)伝導帯のポテンシャルがFe(III)/Fe
(II)のレッドクス準位より高い(負に大きい)、(ii
i)価電子帯のポテンシャルがO2/H2Oのレッドクス
順位より低い(正に大きい)、(iv)反応条件下で安定
である、という条件を満たすものでなければいけない。
具体的にはWO3やTiO2、SrTiO3,Ta2O5、
In2O3などの単純酸化物、FeTiOxのような複合
酸化物、WO3のように一定反応条件(低いpH)で限
定して利用できる酸化物半導体もある。酸化物以外では
SiCなどが伝導帯ポテンシャルの高い半導体であり有
用である。
【0007】半導体の調製方法は、市販品をそのまま用
いてもよいし、金属前駆体より合成してもよい。純度
は、できるだけ高いことが望ましい。前駆体より水酸化
物の沈澱をつくって焼成したり、アンモニウム塩の熱分
解、ゾルゲル法など様々な調製法が利用できるが、調製
した半導体はできるだけ結晶性が良く、かつある程度広
い表面積をもつものがよい。結晶径の範囲は1〜200
0nm、好ましくは2〜200nmの中程度が良い。し
かし半導体によっては調製法が限定されるため、結晶径
の制御が難しいものがあり、その場合には大きな結晶径
でも良い。また、粒子径や表面積を制御したり、光が効
率よく触媒に当たるようにシリカなどの単体に半導体を
担持しても良い。さらに、複数の半導体を同時に用いる
といろいろな波長の光をそれぞれが効率良く使えるよう
になる。
いてもよいし、金属前駆体より合成してもよい。純度
は、できるだけ高いことが望ましい。前駆体より水酸化
物の沈澱をつくって焼成したり、アンモニウム塩の熱分
解、ゾルゲル法など様々な調製法が利用できるが、調製
した半導体はできるだけ結晶性が良く、かつある程度広
い表面積をもつものがよい。結晶径の範囲は1〜200
0nm、好ましくは2〜200nmの中程度が良い。し
かし半導体によっては調製法が限定されるため、結晶径
の制御が難しいものがあり、その場合には大きな結晶径
でも良い。また、粒子径や表面積を制御したり、光が効
率よく触媒に当たるようにシリカなどの単体に半導体を
担持しても良い。さらに、複数の半導体を同時に用いる
といろいろな波長の光をそれぞれが効率良く使えるよう
になる。
【0008】半導体粉末は、それだけで充分光触媒活性
を持つが、RuO2などの電荷分離を促進したり、反応
の過電圧を減少させる働きを持つ添加物を、0.01〜
20wt%、好ましくは0.1〜5wt%の範囲で担持
するのが望ましく、性能が大きく向上する。
を持つが、RuO2などの電荷分離を促進したり、反応
の過電圧を減少させる働きを持つ添加物を、0.01〜
20wt%、好ましくは0.1〜5wt%の範囲で担持
するのが望ましく、性能が大きく向上する。
【0009】Fe(III)/Fe(II)のレッドクスポ
テンシャルは、全鉄イオン濃度やFe(III)/Fe(I
I)の割合、pH、陰イオン種などの影響をうける。当
然(1)式の反応はFe(III)イオン濃度が高く、p
Hも高いほど進行し易い。一方、(2)式はFe(II)
イオン濃度が高く、pHは低い方がよい。どちらの反応
も逆反応と平衡状態にあるため、反応速度を高め、広い
範囲で平衡を移行させるためには活性の高い触媒および
効率の良い光照射法が重要になる。また陰イオンの影響
も大きい。例えば、CN−イオンが存在すると鉄イオン
は[Fe(CN)6]3−や[Fe(CN)6]4−という
錯イオンを形成し、レドックスポテンシャルは高くなる
(負に大きくなる)ので酸素発生には不利になるが水素
発生には有利になる。Fe(III)/Fe(II)イオン
は、アルカリ性では水酸化物の沈澱を生じてしまうので
酸性領域でしか使えないが、CN−と錯イオンを作ると
高いpHでも安定であるという利点がある。
テンシャルは、全鉄イオン濃度やFe(III)/Fe(I
I)の割合、pH、陰イオン種などの影響をうける。当
然(1)式の反応はFe(III)イオン濃度が高く、p
Hも高いほど進行し易い。一方、(2)式はFe(II)
イオン濃度が高く、pHは低い方がよい。どちらの反応
も逆反応と平衡状態にあるため、反応速度を高め、広い
範囲で平衡を移行させるためには活性の高い触媒および
効率の良い光照射法が重要になる。また陰イオンの影響
も大きい。例えば、CN−イオンが存在すると鉄イオン
は[Fe(CN)6]3−や[Fe(CN)6]4−という
錯イオンを形成し、レドックスポテンシャルは高くなる
(負に大きくなる)ので酸素発生には不利になるが水素
発生には有利になる。Fe(III)/Fe(II)イオン
は、アルカリ性では水酸化物の沈澱を生じてしまうので
酸性領域でしか使えないが、CN−と錯イオンを作ると
高いpHでも安定であるという利点がある。
【0010】光照射の方法は、できるだけ光を触媒と溶
液に効率よく照射しなければならない。人工光源を用い
る場合には内部照射型反応管等のように乱反射光が再び
反応溶液に戻るタイプのセルが望ましい。太陽光の反応
など外部照射型の場合には光が逃げないようにミラーや
アルミホイル等をうまく使用する。触媒及び溶液は静置
系でも良いが、好ましくは溶液を循環させたり、マグネ
チックスターラーや振とう器で激しく分散させるのが望
ましい。気相は減圧状態が望ましいが、アルゴン等の不
活性ガスで置換しても良い。窓板のガラスの種類は、パ
イレックスやプラスチックなどの安価な素材が使える。
液に効率よく照射しなければならない。人工光源を用い
る場合には内部照射型反応管等のように乱反射光が再び
反応溶液に戻るタイプのセルが望ましい。太陽光の反応
など外部照射型の場合には光が逃げないようにミラーや
アルミホイル等をうまく使用する。触媒及び溶液は静置
系でも良いが、好ましくは溶液を循環させたり、マグネ
チックスターラーや振とう器で激しく分散させるのが望
ましい。気相は減圧状態が望ましいが、アルゴン等の不
活性ガスで置換しても良い。窓板のガラスの種類は、パ
イレックスやプラスチックなどの安価な素材が使える。
【0011】(2)式の反応は隔壁を用いた2室電解セ
ルで行う。隔膜としてはイオン交換膜や塩橋、セラミッ
ク膜などが利用できるが、プロトンの移動度が鉄イオン
の移動度に比べて充分大きい必要があるので、陽イオン
交換膜が望ましい。水素発生側のカソード電極としては
水素過電圧の小さな材料が望ましく、白金やニッケル、
白金などを微量に担持したカーボン電極などが使用でき
る。一方、Fe2+イオンの酸化を行う電極としては上
記の電極の他に白金を担持しないカーボン電極でも使用
できる。電解電圧を下げるためには電極間距離を短くし
たり、反応温度を高くしたり、電極電流密度を下げる、
集電材を使うといった工夫が重要である。 電解が進行
するとアノード周辺のFe2+イオン濃度が減少するの
で、電極周辺の水溶液は激しく撹拌したり、または反応
(1)の反応装置と直結して常にFe2+濃度の高い溶
液が循環しているシステムが望ましい。
ルで行う。隔膜としてはイオン交換膜や塩橋、セラミッ
ク膜などが利用できるが、プロトンの移動度が鉄イオン
の移動度に比べて充分大きい必要があるので、陽イオン
交換膜が望ましい。水素発生側のカソード電極としては
水素過電圧の小さな材料が望ましく、白金やニッケル、
白金などを微量に担持したカーボン電極などが使用でき
る。一方、Fe2+イオンの酸化を行う電極としては上
記の電極の他に白金を担持しないカーボン電極でも使用
できる。電解電圧を下げるためには電極間距離を短くし
たり、反応温度を高くしたり、電極電流密度を下げる、
集電材を使うといった工夫が重要である。 電解が進行
するとアノード周辺のFe2+イオン濃度が減少するの
で、電極周辺の水溶液は激しく撹拌したり、または反応
(1)の反応装置と直結して常にFe2+濃度の高い溶
液が循環しているシステムが望ましい。
【0012】
【実施例】以下に本発明の実施例を述べる。
【0013】実施例1 酸化タングステン(関東化学)を1g、硫酸鉄(III)
(Fe3+として2mmol)および水400mlを混
合し内部照射型反応容器に仕込み、閉鎖循環系にセット
した。気相と液相の空気を脱気後系内にアルゴンを導入
し系内全圧を約35torrとした。光源は400W高
圧水銀灯(理工科学)を用い、触媒をスタ−ラ−によっ
て分散させながら光照射した。ランプ冷却管はパイレッ
クスを用いた。生成した水素と酸素はガスクロマトグラ
フィ−および圧力計で定性定量した。 酸素生成速度は
40μmol/h,4時間後の酸素発生量は270μm
olに達した。20時間反応後この溶液を素早くろ過
し、イオン交換膜を用いた2室セルの一方にこのろ液を
入れ、他方の室には純水を等量入れた。さらに両室のS
O4 2−濃度が0.5mol/lになるように硫酸を加え
て調製した。作用極及び対極には白金線、参照電極には
Ag/AgCl(NaCl)を用いた。溶液はマクネチ
ックスタラーで激しく撹拌した。ポテンシオシタットに
て0.02V/minの送引速度で電流を測定したとこ
ろ約1.0V(Ag/AgCl)で電流が流れはじめ、
水素の発生が確認できた。比較例1に示すようにFe2
+イオンを含まない場合の電気分解は1.5V(Ag/
AgCl)以上でなければ電流は流れないことから比べ
ると、電解効率が非常に良いことがわかる。
(Fe3+として2mmol)および水400mlを混
合し内部照射型反応容器に仕込み、閉鎖循環系にセット
した。気相と液相の空気を脱気後系内にアルゴンを導入
し系内全圧を約35torrとした。光源は400W高
圧水銀灯(理工科学)を用い、触媒をスタ−ラ−によっ
て分散させながら光照射した。ランプ冷却管はパイレッ
クスを用いた。生成した水素と酸素はガスクロマトグラ
フィ−および圧力計で定性定量した。 酸素生成速度は
40μmol/h,4時間後の酸素発生量は270μm
olに達した。20時間反応後この溶液を素早くろ過
し、イオン交換膜を用いた2室セルの一方にこのろ液を
入れ、他方の室には純水を等量入れた。さらに両室のS
O4 2−濃度が0.5mol/lになるように硫酸を加え
て調製した。作用極及び対極には白金線、参照電極には
Ag/AgCl(NaCl)を用いた。溶液はマクネチ
ックスタラーで激しく撹拌した。ポテンシオシタットに
て0.02V/minの送引速度で電流を測定したとこ
ろ約1.0V(Ag/AgCl)で電流が流れはじめ、
水素の発生が確認できた。比較例1に示すようにFe2
+イオンを含まない場合の電気分解は1.5V(Ag/
AgCl)以上でなければ電流は流れないことから比べ
ると、電解効率が非常に良いことがわかる。
【0014】実施例2 実施例1において、反応溶液に始めから0.5mol/
lのH2SO4を添加して反応を行ったが、酸素発生およ
び鉄イオン還元反応に大きな影響はなかった。
lのH2SO4を添加して反応を行ったが、酸素発生およ
び鉄イオン還元反応に大きな影響はなかった。
【0015】実施例3 実施例1において、硫酸塩の代わりに塩化物を用いた。
初期の酸素発生速度は実施例1た比べて約半分に低下し
たが、4時間後のFe2+生成量は大きな差はなかっ
た。電解反応についても硫酸の代わりに塩酸を用いた。
アノード電位は硫酸塩より僅かに小さくなった。比較例
2に示すようにFe2+イオンを含まない場合の電気分
解は1.3V(Ag/AgCl)以上でなければ電流は
流れないことから比べると、電解効率が非常に良いこと
がわかる。
初期の酸素発生速度は実施例1た比べて約半分に低下し
たが、4時間後のFe2+生成量は大きな差はなかっ
た。電解反応についても硫酸の代わりに塩酸を用いた。
アノード電位は硫酸塩より僅かに小さくなった。比較例
2に示すようにFe2+イオンを含まない場合の電気分
解は1.3V(Ag/AgCl)以上でなければ電流は
流れないことから比べると、電解効率が非常に良いこと
がわかる。
【0016】実施例4 実施例1においてWO3の代わりに、TiO2(石原産
業、ルチル)を用いた。WO3より初期酸素発生速度は
低いが、継続した酸素発生が見られ、4時間後のFe2
+生成量は大きな差はなかった。
業、ルチル)を用いた。WO3より初期酸素発生速度は
低いが、継続した酸素発生が見られ、4時間後のFe2
+生成量は大きな差はなかった。
【0017】実施例5 実施例1においてWO3にRuO2を担持してその活性の
変化を調べた。RuO2はRuCl3水溶液をWO3に含
浸し、500度で2時間空気焼成した。RuO2を微量
添加するだけで酸素発生速度および4時間後のFe2+
生成量が大きく増加することがわかる。RuO2担持量
は1〜3wt%が良いことがわかった。RuO2(3w
t%)−TiO2で20時間反応した後の溶液の電解で
は、電流の流れ始めのアノード電位は0.85V(Ag
/AgCl(NaCl))であった(図1参照)。
変化を調べた。RuO2はRuCl3水溶液をWO3に含
浸し、500度で2時間空気焼成した。RuO2を微量
添加するだけで酸素発生速度および4時間後のFe2+
生成量が大きく増加することがわかる。RuO2担持量
は1〜3wt%が良いことがわかった。RuO2(3w
t%)−TiO2で20時間反応した後の溶液の電解で
は、電流の流れ始めのアノード電位は0.85V(Ag
/AgCl(NaCl))であった(図1参照)。
【0018】実施例6 実施例5においてRuO2(3wt%)−WO3の空気焼
成温度依存性を調べた。その結果、500度焼成した触
媒が最も活性が高いことがわかった。
成温度依存性を調べた。その結果、500度焼成した触
媒が最も活性が高いことがわかった。
【0019】実施例7 実施例1においてWO3をTiO2(石原産業、ルチル)
に担持した触媒を用いた。タングステン酸アンモニウム
を前駆体としTiO2に含浸後、500度空気焼成し
た。酸素発生速度および4時間後のFe2+生成量は実
施例1および4と比較して大きく向上していることがわ
かった。
に担持した触媒を用いた。タングステン酸アンモニウム
を前駆体としTiO2に含浸後、500度空気焼成し
た。酸素発生速度および4時間後のFe2+生成量は実
施例1および4と比較して大きく向上していることがわ
かった。
【0020】比較例1 実施例1において、光触媒の添加および光触媒反応なし
での電解を行ったところ、電流の流れはじめる電位は
1.5V(Ag/AgCl(NaCl))であった(図
1参照)。
での電解を行ったところ、電流の流れはじめる電位は
1.5V(Ag/AgCl(NaCl))であった(図
1参照)。
【0021】比較例2 実施例3において、光触媒の添加および光触媒反応なし
での電解を行ったところ、電流の流れはじめる電位は
1.3V(Ag/AgCl(NaCl))であった。
での電解を行ったところ、電流の流れはじめる電位は
1.3V(Ag/AgCl(NaCl))であった。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、通常の電気分解と比較
して非常に僅かな電力で水を分解し、水素を得ることが
できる。通常の水の電気分解は1.5V以上の2V近い
電圧で水を分解しているが、光触媒反応により高濃度の
Fe2+イオンを含む水溶液を生成できれば、最高で
0.7V程度まで電解電圧を下げることができるので、
結果的に大幅な省電力化になる。光触媒反応を太陽光で
行い、かつ電力を太陽電池で生み出せれば効率の高い太
陽エネルギー変換システムが構築できる。
して非常に僅かな電力で水を分解し、水素を得ることが
できる。通常の水の電気分解は1.5V以上の2V近い
電圧で水を分解しているが、光触媒反応により高濃度の
Fe2+イオンを含む水溶液を生成できれば、最高で
0.7V程度まで電解電圧を下げることができるので、
結果的に大幅な省電力化になる。光触媒反応を太陽光で
行い、かつ電力を太陽電池で生み出せれば効率の高い太
陽エネルギー変換システムが構築できる。
【図1】電圧と電解電流の関係を示す。 a:実施例5 b:比較例1
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−88492(JP,A) Int.J.Hydrogen.En ergy.8[1](1983)p.23−31 Adv.Hydrogen.Ener gy 2(Hhdrogen Ener gy Prog.2)(1981)p.631 −640 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 3/04 C25B 1/04
Claims (2)
- 【請求項1】鉄(III)イオンを含む水溶液の存在下
に半導体光触媒に光照射して酸素を発生させる工程と、
鉄(III)イオンの存在下に半導体光触媒に光照射し
て鉄(II)イオンに還元する工程と、この工程で生成
した鉄(II)イオンを含む水溶液を電解して鉄(II
I)イオンを再生させるとともに水素を発生させる電解
工程からなる水素の製造方法。 - 【請求項2】半導体光触媒として、RuO 2 −W
O 3 、 又はWO 3 −TiO 2 を用いることを特徴とす
る請求項1記載の方法 。
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EP98301444A EP0931855B1 (en) | 1997-11-27 | 1998-02-27 | Production of hydrogen from water using photocatalyst-electrolysis hybrid system |
DE69819675T DE69819675T2 (de) | 1997-11-27 | 1998-02-27 | Wasserstoff-Herstellung aus Wasser mit einem Photkatalyse-Elektrolyse hybriden System |
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Family
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ATE361381T1 (de) * | 2004-06-11 | 2007-05-15 | Matgas 2000 Aie | Verfahren zur herstellung von wasserstoff |
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US11050078B2 (en) | 2015-01-22 | 2021-06-29 | Battelle Memorial Institute | Systems and methods of decoupled hydrogen generation using energy-bearing redox pairs |
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CN109641744A (zh) * | 2016-09-01 | 2019-04-16 | 日立化成株式会社 | 氢气的制造方法以及钢的制造方法 |
CN108118358B (zh) * | 2016-11-29 | 2020-01-24 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 光合作用与(光)电催化联用系统分离式分解水制氢方法 |
JP6991893B2 (ja) * | 2018-03-01 | 2022-02-03 | Eneos株式会社 | 二酸化炭素の還元方法および二酸化炭素還元装置 |
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CN110835764B (zh) * | 2018-08-17 | 2021-05-25 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种耦联太阳光催化分解水与液流电池产氢发电的方法 |
DE102020135061A1 (de) | 2020-12-29 | 2022-06-30 | Ralph Domnick | Beschichtungsverfahren und Silizium enthaltende Beschichtung |
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---|---|---|---|---|
JPS536116A (en) * | 1976-07-07 | 1978-01-20 | Keiwa Tokushiyu Insatsu Kk | Method of forming roll of sheet printed heat transfer polyester film by pasting |
GB1602963A (en) * | 1977-04-13 | 1981-11-18 | Nat Res Dev | Catalytic process for photo-oxidation of water |
US4389288A (en) * | 1981-09-28 | 1983-06-21 | Chevron Research Company | Catalyzed electrochemical gasification of carbonaceous materials at anode and production of hydrogen at cathode |
US5219671A (en) * | 1985-12-04 | 1993-06-15 | Solar Reactor Technologies, Inc. | Hydrogen generation and utility load leveling system and the method therefor |
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-
1997
- 1997-11-27 JP JP32570897A patent/JP3198298B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-02-24 US US09/028,495 patent/US6063258A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-27 EP EP98301444A patent/EP0931855B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-02-27 DE DE69819675T patent/DE69819675T2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Adv.Hydrogen.Energy 2(Hhdrogen Energy Prog.2)(1981)p.631−640 |
Int.J.Hydrogen.Energy.8[1](1983)p.23−31 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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DE69819675D1 (de) | 2003-12-18 |
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US6063258A (en) | 2000-05-16 |
DE69819675T2 (de) | 2004-09-30 |
EP0931855B1 (en) | 2003-11-12 |
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