JP5266328B2 - 水光分解用のモノリス触媒システム - Google Patents
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Description
単独で、あるいは補助物質の少なくとも一種および/または補助触媒の少なくとも一種との組み合わせで、波長420nm以上の光で照射されると水から酸素と陽子を生成させることができる第一光活性物質と、
単独で、あるいは補助物質の少なくとも一種および/または補助触媒の少なくとも一種との組み合わせで、波長420nm以上の光で照射されると水中の陽子を水素に還元することができる第二光活性物質と
を含有し、
第一光活性物質および第二光活性物質は、一種またはそれ以上の電子伝導性物質を介して電気的、特に直接電気的な接触状態にあることを特徴とする。
第一光活性物質を含有するか、あるいは、第一光活性物質とこれと組み合わせてさらに少なくとも一種の補助物質および/または補助触媒を含有する第一区域において、本発明による触媒システムを水または水性液体または水性溶液に接触させ、
第二光活性物質を含有するか、あるいは、第一光活性物質とこれに組み合わせてさらに少なくとも一種の補助物質および/または補助触媒を含有する第二区域において、前記触媒システムを水または水性液体または水性溶液に接触させ、
前記触媒システムに光を照射し、
陽子が第一区域から第二区域に移動できるように、第一区域に接触している水または水性液体または水性溶液と、第二区域に接触している水または水性液体または水性溶液とが相互に接触状態にあるようにすることを特徴とする。
本発明の触媒システムでは、水の1/2O2とH2への分解のために4つの陽子を使っている。 この場合における各ステップとそれらのエネルギーレベルによる関係を概略的に図1に示す。
H2O + 2 光子 → 1/2 O2 + 2 H+ + 2 e- (EO2/H2O(pH7) = +0.82 V).
2 H+ + 2 e- + 2 光子 → H2 (EH+/H2(pH7) = -0.41 V)
H2O + 4 光子 → H2 + 1/2 O2 (EpH7 = 1.23 V).
1. 第一光活性物質のイオン化された状態の酸化還元電位および第一光活性物質の正に荷電された価電子帯の酸化還元電位は、両方とも+0.82Vより陽性側にある。
2. 第二光活性物質の励起された状態の酸化還元電位および第二光活性物質の伝導帯の酸化還元電位は、両方とも-0.41Vより陰性側にある。
3. 第一光活性物質の励起された状態の酸化還元電位および第一光活性物質の伝導帯の酸化還元電位は、それぞれ、第二光活性物質のイオン化された状態の酸化還元電位および第二光活性物質の正に荷電された価電子帯の酸化還元電位より陰性である。
図2は、Z機構と同様に作用する光触媒システム1の構成を示す概略断面図であり、板型の不活性基板10aの一方の側は酸化インジウムスズ(ITO)からなる透明な伝導性皮膜30が、他方側には金からなる透明皮膜40がそれぞれ設けられている。 ITO皮膜30および金皮膜40とは銅バンド20により電気的に接続されている。
A. TiO2/RuS2の5%懸濁液(TiO2 に対しRuS2を2重量%含有)としてのTiO2上での酸化促進性の第一光活性物質の調製
水15mlで希釈したTiO2の懸濁液(10%, Aldrich社製)5gに、ルテニウム(III)-クロライド23mg(0.11mmol)を添加し、超音波槽で処理して、乾燥するまで減圧下で濃縮した。
一方の側の酸化インジウムスズ(ITO)で被覆された市販のガラススライド(納入元: PGO Prazisions Glas & Optik GmbH, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)のITO側に、TiO2の10%水性懸濁液(粒子径40nmより小さいもの、Aldrich社製)を薄く塗布し、450℃で4時間の焼結処理を施した後で、TiO2に対してRuS2(上述のように調製したもの)2重量%の割合でTiO2/RuS2を含有する5%水性懸濁液を塗布した後、スライドを不活性ガス雰囲気下で再度450℃で60分焼結した。
A. 第一光活性物質としての光活性WO3ナノ粒子と、それに白金処理を施したものの調製
光活性のWO3 ナノ粒子を、下記の引用文献に記載の方法に従って調製した (J. Polleux, M. Antonietti, M. Niederberger, J. Mater. / T.Chem. 2006, 16 (40), 3969-3975. / M. Niederberger, J. H. Bartl, G. D. Stucky, J. / T.Chem. Soc. 2002, 124 (46), 13642-13643. J. Polleux, M. Pinna, M. Antonietti, M. Niederberger, J. / T.Chem. Soc. 2005, 127 (44), 15595-15601.)
白金添加触媒(灰色)または白金無添加の触媒(黄色)の粉末をそれぞれ20mgずつ超音波処理により無水イソプロパノール0.4mlおよび超純水0.2mlからなる混合物に再度懸濁した。 それぞれの懸濁液の分割量を、適切なITO被覆ガラスのスライドに塗布した。 触媒を塗布したスライドは15分風乾後2時間450℃で焼結した。
A. 酸化促進性の第一光活性物質に使用するMn4O4オキソクバン錯体Mn4O4 (フェニル2PO2)の調製
[下記の引用文献記載の方法に準拠した: R. Brimblecombe, G. F. Swiegers, G. C. Dismukes, L. Spiccia, Angew. / T.Chem. Int. Ed. 2008, 47 (38), 7335-7338. / T. G.C. Carrell, S. Cohen, G. C. Dismukes, L. Mol. Cat. A 2002, 187 (1), 3-15.]
紫外線/可視光のスペクトルは、図5を参照されたい。
前記のMn4O4(フェニル2PO2)錯体を、下記の引用文献記載の方法に従ってITO被覆ガラスのスライドに塗布した(M. Yagi, K. Nagai, A. Kira, M./ T.Chem. Kaneko, J. Electroanal. / T.Chem. 1995, 394 (1-2), 169-175.)
A. 還元促進性の第二光活性物質に用いるトリス[4-(11-メルカプトウンデシル)-4’-メチル-2,2’-ビピリジン]ルテニウム(II)-ビス-(ヘキサフルオロホスフェート)
[D. K. Ellison, R. T. Iwamato, Tet. Lett. 1983, 24 (1), 31-32. / P. K. Gosh, T. G.C. Spiro, J. / T.Chem. Soc. 1980, 102 (17), 5543-5549に準拠して調製した。]
不活性ガス雰囲気下で、無水テトラヒドロフレン(THF)100mlを0℃まで冷却し、4,4’-ジメチル-2,2’-ビピリジン2.00g(10.9 mmol)と混合した。 0℃で15分攪拌を続けた後、リチウムジイソプロピルアミド(LDA)の2M溶液5.45ml(10.9mmol)を、前記のTHFに添加した後、冷却しながら2時間反応させた。 反応液を、30分かけて、0℃にて、3.30g(11.0mmol)ジブロモデカンを無水THFに溶解して得た溶液に滴下した。褐色がかった透明感のある溶液を、0℃で2時間攪拌してから更に室温で16時間攪拌を続けた後、H2Oを用いて冷却した。 この懸濁液を、減圧下で殆んど乾いた状態になるまで濃縮した。 水性残渣を、25mlの水に移して食塩水25mlを添加した後、混合物を、CHCl3 75mlを用いて3回抽出した。 各有機相を、Na2SO4で乾燥した後、乾いた状態になるまで減圧下で濃縮した。 生成物の精製は、エチルアセテートを用いて、シリカゲル上で行なった。 生成物Aは、ベージュ色を呈する結晶性粉末の形態で得られる。
[生成法は、D. Imahori, A. Fujimoto, S. Kang, H. Hotta, K. Yoshida, T. Umeyama, Y. Matano, S. Isoda, Tetrahedron 2006, 62 (9), 1955-1966参照.]
13C-NMR (75.5 MHz, CDCl3): δ = 196.0 (C-19), 156.1 (C-2), 156.0 (C-2’), 152.9 (C-4), 148.9 (C-6), 148.9 (C-6’), 148.1 (C-4’), 124.6 (C-3’), 123.9 (C-3), 122.0 (C-5’), 121.2 (C-5), 35.5 (C-7), 30.6 (C-17), 30.4 (C-8), 29.4 (C-11/12), 29.4 (C-10), 29.4 (C-13), 29.3 (C-15), 29.3 (C-9), 29.1 (C-16), 29.0 (C-20), 28.8 (C-14), 21.2 (C-7’).
EI-MS (70 eV): m/z (%) = 398 (4) [M+], 357 (18), 356 (68), 355 (90) [M+-Me, -CO], 324 (9), 323 (39), 309 (18), 295 (12), 281 (10), 267 (6), 253 (6), 239 (6), 211 (13), 209 (5), 198 (21), 197 (100), 185 (12), 184 (95), 183 (10), 170 (5), 43 (30), 41 (5).
紫外線/可視光 (CH2Cl2): lmax (lg e) = 229.0 (0.80), 263.0 (0.36), 257.0 (0.36), 269.5 (0.34).
a)トリス[4-(4’-メチル-2,2’-ビピリジン)-ウンデシルチオ-S-アセテート]ルテニウム(II)ビス(ヘキサフルオロホスフェート) (保護されたC)
[R. A. Palmer, T. S. Piper, Inorg. / T.Chem. 1966, 5 (5), 864-878. および Y-R. Hong, C. B. Gorman, J. Org. / T.Chem. 2003, 68 (23), 9019-9025に準拠。]
[H. Hotta, K.Imahori, A. Yoshida, T.Fujimoto, S. Kang, H. Hotta, K. Yoshida, T. Umeyama, Y. Matano, S. Isoda, Tetrahedron 2006, 62 (9), 1955-1966. F. Ono, S. Kanemasa, J. Tanaka, Tetrahedron Lett. 2005, 46 (44), 7623-7626. / T. Suzuki, A. Matsuura, A. Kouketsu, S. Hisakawa, H. Nakagawa, N. Miyata, Bioorg. Med.Med. / T.Chem. 2005, 13 (13), 4332-4342に準拠]
13C-NMR (75.5 MHz, CDCl3): δ = 156.4 (C-2), 156.3 (C-2’), 154.5 (C-4), 150.8 (C-6), 150.6 (C-6’), 150.0 (C-4’), 129.0 (C-3’), 128.0 (C-3), 124.6 (C-5’), 123.8 (C-5), 35.4 (C-7), 34.0 (C-16), 30.0 (C-8), 29.5 (C-10), 29.4 (C-11/12), 29.4 (C-13), 29.3 (C-15), 29.0 (C-9), 28.3 (C-14), 24.6 (C-17), 21.3 (C-7’).
ESI-MS: m/z = 1315.6 ([M-(PF6)]+), 585.3 ([M-(2*PF6)]2+).
UV/Vis (MeOH): λmax (lg ε) = 286.5 (1.27), 248.0 (0.36), 258.0 (0.35), 457.5 (0.26), 436 (sh, 0.22), 324.5 (0.20).
紫外線/可視光のスペクトルは、図3を参照されたい。
一方の側に膜厚50nmの金皮膜と、膜厚5〜10nmのクロムとのプレコートを有し、寸法が第一光活性物質を塗布するときに使用されたものと同様であるガラススライドを、トリス[4-(11-メルカプトウンデシル)-4’-メチル-2,2’-ビピリジン]-ルテニウム(II)-ビス(ヘキサフルオロホスフェート) (C)をエタノールに溶解して得られた溶液で処理する。 本発明の一つの実施形態によれば、溶解した錯体を塗布するとき、Sと同様に共吸着物である、鎖長がC8、C10、C12、C14、C16またはC18のアルキルチオールの存在下で行なう( J. Summer, S. E. Creager, J. / T.Chem. Soc. 2000, 122 (48), 11914-11920に準拠。)錯体の溶解度を向上する目的で、必要に応じてジクロロメタンを少量その溶液に添加する。 本発明の他の実施形態によれば、Y. S. Obeng, A. J. Bard, Langmuir 1991, 7 (1), 195-201に記載のように、共吸着物を添加しないで、塗布処理を施す。塗布した後、スライドを乾燥する。
A. 還元を促進する第二光活性物質としての[(2,2’-ビピリジン)[4-(11-アセチルスルファニルウンデシル)-4’-メチル-2,2’-ビピリジン]-ルテニウム(II)-[(テトラピリドフェナジン)-パラジウム(II)-ジクロロ]-ビス(ヘキサフルオロホスフェート)の調製
(以下、配位子を略して表示するが、bpyは2,2'―ビピリジン、Me-bpyは4'―メチル―2,2'―ビピリジン、またtppzはテトラピリドフェナジンを指す。)
EI-MS (70 eV): m/z (%) = 713 (8) [M-H+-2*PF6], 616 (12), 506 (9), 449 (14), 353 (22), 322 (35), 197 (100), 184 (88), 156 (28), 65 (17).
UV/Vis (CH3CN): λmax (lg ε) = 282.0 (1.02), 244.0 (0.60), 379.5 (0.19), 359.0 (0.16), 453.5 (0.16), 434.0 (sh, 0.15).
ビス (ヘキサフルオロホスフェート) (H)の調製
以下の反応は、S. Rau, B. Schafer, D. Gleich, E. Anders, M. Rudolph, M. Friedrich, H. Gorls, W. Henry, J. G.C. Vos, Angew. / T.Chem. Int. Ed. 2006, 45, 6215-6218の方法に準拠する。
FAB-MS (-): m/z = 1526.2 (MH -+H2O).
UV/Vis (CH3CN): λmax (lg ε) = 241.0 (1.34), 283.5 (0.56), 354.5 (sh, 0.10), 432.0 (0.08), 453.5 (0.08).
紫外線/可視光スペクトルは、図4参照
錯体Hの被覆処理は S. J. Summer, S. E. Creager, J. / T.Chem. Soc. 2000, 122 (48), 11914-11920 / S. E. Craeger, G. K. Rowe, J. Electroanal. / T.Chem. 1994, 370 (1-2), 203-211 (coating in CH3CN) / J. M. Tour, L. Jones II, D. L. Pearson, J. J. S. Lamba, T. P. Burgin, G. M. Whitesides, D. L. Allara, A. N. Parikh, S. V. Atre, J. / T.Chem. Soc. 1995, 117 (37), 9529-9534. / L. Cai, Y. Yao, J. Yang, D. W. Price jr., J. M. Tour, Chem. Mater. 2002, 14 (7), 2905-2909 (アセチルスルファニル基でのコーティング)に準拠して行なう。
A. 還元促進性の第二光活性物質として2.5%アンチモンと2.0%クロムでドープした白金添加SrTiO3 の調製
(共ドープしたSrTiO3 の調製はH. Kato, A. Kudo, J. Phys. / T.Chem. B 2002, 106 (19), 5029-5034に準拠して行なった。)
2.5%アンチモンおよび2.0%クロムでドープした白金添加SrTiO3 の乾燥粉末100mgを、無水イソプロパノール2mlおよび超純水1mlからなる混合液に、超音波処理によって再懸濁させた。懸濁液の少量の分割量を、片側が酸化インジウムスズ(ITO)でコーティングされた、市販のガラススライド (PGO Prazisions Glas & Optik GmbH, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, [ドイツ]から入手)に塗布した。15分風乾燥後、スライドを450℃で2時間焼結した。
第一および第二の光活性物質を含有する触媒ユニットの触媒システムへの組立およびその照射
7.1.a Ox-I とRed-Iの組み合わせ
酸化促進性第一光活性物質RuS4と、還元促進性第二光活性物質トリス[4-(11-メルカプトウンデシル)-4’-メチル-2,2’-ビピリジン]ルテニウム(II)-ビス-(ヘキサフルオロホスフェート)とをそれぞれ含む、実施例1および4で作製した触媒ユニット(スライドOx-IおよびスライドRed-I)の両方を、それぞれのコーティングを施していない面で接着し、電導性銅接着テープ(PGO Prazisions Glas & Optik GmbH社製, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)を用いてコーティングを施した面を電動可能に接続した。その後、Red-Iの金の側面をレジストでコーティングして、銅バンドと、金皮膜の端部と、金皮膜の上で前記錯体を含有するスライドのそれぞれの端とに沿って、幅の狭い帯状の区域が被覆されるようにした。このように組み立てられて電動可能に接続した触媒ユニットを乾燥した後、錯体でコーティングされた金側に再度非常に薄い金皮膜(5 nm)を蒸着し、隣接するレジスト層が被覆されるようにした。最終的には、この金皮膜を更に白金の0.5〜0.7単分子層(ML)を設けて、触媒システムを得た。
7.1.a号で説明したように作製した触媒システムを、ナフィオン(登録商標)膜に接着し、触媒システムの両側が露出するように同膜に窓を切り抜いた。触媒システムを含むこの膜を、光反応器に挿入し、二つの区画が形成されるようにした。両区画に、窒素ガスが飽和状態にある、酸素を除去した水を満たし、上部をオイル層でカバーした。Ox-Iに隣接する区画に、黄色のロイコインジゴカルミンを導入した。その後、420nm遮断フィルタを通した500ワットのハロゲンランプを用いて両側から照射した。約50℃に加熱した後で、黄色のロイコインジゴカルミンが変色して青色のインジゴカルミン(酸素用の敏感な指示薬)に変化したことから明らかなように、水素と酸素が発生した。
D2OおよびH2 18O、またフィルタとして亜硝酸塩を使用した実験で、マススペクトロメトリーで分析した結果、D2 、また自然量より大きい量の16O18Oが発生したことが確認されたことからも、水の分解が実証された。
酸化促進性第一光活性物質RuS4 と還元促進性第二光活性物質[(2,2’-ビピリジン)[4-(11-アセチルスルファニルウンデシル)-4’-メチル-2,2’-ビピリジン]-ルテニウム(II)-[(テトラピリドフェナジン)-パラジウム(II)-ジクロロ]ビス-(ヘキサフルオロホスフェート)とをそれぞれ含む、実施例1および5で作製した触媒ユニット(スライドOx-IおよびスライドRed-II)を、それぞれのコーティングを施していない面で接着し、電導性銅接着テープ(PGO Prazisions Glas & Optik GmbH社製, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)を用いてコーティングを施した面を電動可能に接続した。
7.2.a号で説明したように作製した触媒システムを、ナフィオン(登録商標)膜に接着し、触媒システムの両側が露出するように同膜に窓を切り抜いた。触媒システムを含む膜を光反応器に挿入し、二つの区画が形成されるようにした。両区画に、窒素ガスが飽和状態にある、酸素を除去した水を入れ、上部をオイル層でカバーした。Ox-Iに隣接する区画に、黄色のロイコインジゴカルミンを導入した後、420nm遮断フィルタを通した500ワットのハロゲンランプを用いて両側から照射した。室温にて、Red-IIに隣接する区画のpHを、硫酸の添加により約5の酸性側に調製した後で、黄色のロイコインジゴカルミンが変色し青色のインジゴカルミン(酸素用の敏感な指示薬)に変化したことから明らかなように、水素と酸素が発生した。
酸化促進性第一光活性物質RuS4 と還元促進性第二光活性物質2.5%アンチモンと2.0%クロムで共ドープした白金添加のSrTiO3をそれぞれ含む実施例1および6で作製した触媒ユニット(スライドOx-IおよびスライドRed-III)を、それぞれのコーティングを施していない面で接着し、電導性銅接着テープ(PGO Prazisions Glas & Optik GmbH社製, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)を用いてコーティングを施した面を電動可能に接続した。
7.3.a号で説明したように作製した触媒システムを、ナフィオン(登録商標)膜に接着し、触媒システムの両側が露出するように同膜に窓を切り抜いた。触媒システムを含む膜を光反応器に挿入し、二つの区画が形成されるようにした。両区画に、窒素ガスが飽和状態にある、酸素を除去した水を入れ、上部をオイル層でカバーした。Ox-Iに隣接する区画に黄色のロイコインジゴカルミンを導入した後、420nm遮断フィルタを通した500ワットのハロゲンランプを用いて両側から照射した。黄色のロイコインジゴカルミンが変色し青色のインジゴカルミン(酸素用の敏感な指示薬)に変化したことから明らかなように、水素と酸素が室温で発生した。
酸化促進性第一光活性物質WO3 (白金添加のものと白金無添加のもの) と還元促進性第二光活性物質2.5%アンチモンと2.0%クロムで共ドープした白金添加のSrTiO3とをそれぞれ含む、実施例2および6で作製した触媒ユニット(スライドOx-IIおよびスライドRed-III)を、それぞれのコーティングを施していない面で接着し、電導性銅接着テープ(PGO Prazisions Glas & Optik GmbH社製, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)を用いてコーティングを施した面を電動可能に接続した。
7.4.a号で説明したように作製した触媒システムをナフィオン(登録商標)膜に接着し、また触媒システムの両側が露出するように同膜に窓を切り抜いた。触媒システムを含む膜を光反応器に挿入し、二つの区画が形成されるようにした。両区画に、窒素ガスが飽和状態にある、酸素を除去した水を入れ、上部をオイル層でカバーした。Ox-IIに隣接する区画に黄色のロイコインジゴカルミンを導入した後、420nm遮断フィルタを通した500ワットのハロゲンランプを用いて両側から照射した。黄色のロイコインジゴカルミンが変色し青色のインジゴカルミン(酸素用の敏感な指示薬)に変化したことから明らかなように、水素と酸素が室温で発生した。
酸化促進性第一光活性物質Mn4O4(フェニル2PO2)と還元促進性第二光活性物質2.5%アンチモンと2.0%クロムで共ドープした白金添加のSrTiO3をそれぞれ含む実施例3と6で作製した触媒ユニット(スライドOx-IIとスライドRed-III)をそれぞれのコーティングを施していない面で接着し、電導性銅接着テープ(PGO Prazisions Glas & Optik GmbH社製, Im Langen Busch 14, D-58640 Iserlohn, ドイツ)を用いてコーティングを施した面を電動可能に接続した。
7.5.a号で説明したように作製した触媒システムをナフィオン(登録商標)膜に接着し、また触媒システムの両側が露出するように同膜に窓を切り抜いた。触媒システムを含む膜を光反応器に挿入し、二つの区画が形成されるようにした。両区画に、窒素ガスが飽和状態にある、酸素を除去した水を入れ、上部をオイル層でカバーした。Ox-IIIに隣接する区画に黄色のロイコインジゴカルミンを導入した後、420nm遮断フィルタを通した500ワットのハロゲンランプを用いて両側から照射した。黄色のロイコインジゴカルミンが変色し青色のインジゴカルミン(酸素用の敏感な指示薬)に変化したことから明らかなように、水素と酸素が室温で発生した。
Claims (20)
- 単独で、あるいは補助物質の少なくとも一種および/または補助触媒の少なくとも一種との組み合わせで、波長420nm以上の光で照射されると水から酸素と陽子を生成させることができる第一光活性物質と、
単独で、あるいは補助物質の少なくとも一種および/または補助触媒の少なくとも一種との組み合わせで、波長420nm以上の光で照射されると水中の陽子を水素に還元することができる第二光活性物質と
を含有し、
第一光活性物質および第二光活性物質は、流体または固体の媒体中のイオン伝導性物質、液状酸化還元電解質、および固体電解質を含まない、一種またはそれ以上の電子伝導性物質を介して直接電気的な接触状態にあり、
前記第一光活性物質と前記第二光活性物質は、1つ以上の基板に固定されており、
ただし、前記光活性物質は、ドープされた珪素ではなく、また、元素の周期表における、III-V族半導体、II-VI族半導体、II-V族半導体、III-VI族半導体、または遷移金属の1価、2価および/もしくは3価のカチオンとVa族およびVIa族のアニオンとを含有する半導体でもないことを特徴とする、光を用いて水を水素と酸素に分解するためのモノリス触媒システム。 - 前記波長が、430nm以上であることを特徴とする、請求項1に記載のモノリス触媒システム。
- 前記波長が、440nm以上であることを特徴とする、請求項2に記載のモノリス触媒システム。
- 前記波長が、450nm以上であることを特徴とする、請求項3に記載のモノリス触媒システム。
- 前記酸素を発生する物質と前記水素を発生する物質とのいずれかまたはその両方と組み合わせて、1種以上の補助物質および/または補助触媒を含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 前記電子伝導性物質の少なくとも1種が、金属、金属合金、または酸化物系の電子伝導性物質を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 1つより多い基板を含有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 第一光活性物質が、元素の周期表における、II-VI族半導体、III-VI族半導体、または遷移金属の1価、2価および/もしくは3価のカチオンとVIa族のアニオンとを含有する半導体以外の、ドープされてもよい酸化物および/または硫化物含有物質;貴金属または遷移金属を含有する錯体またはクラスター;ならびに光活性のポリマー物質から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のモノリス触媒システム。
- 前記第一光活性物質がRuS 2 であることを特徴とする、請求項8に記載のモノリス触媒システム。
- 第二光活性物質が、金属含有錯体;拡張π電子系を有する有機化合物;元素の周期表における、III-V族半導体、II-VI族半導体、II-V族半導体、III-VI族半導体、または遷移金属の1価、2価および/もしくは3価のカチオンとVa族およびVIa族のアニオンとを含有する半導体以外の、酸化物を含有する物質、酸化窒化物を含有する物質、リン化物を含有する物質、ヒ素化物を含有する物質、アンチモン化物を含有する物質、硫化物を含有する物質、およびセレン化物を含有する物質;ならびに光半導体型ポリマーからなる群から選択された1種以上であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 前記第二光活性物質が、貴金属を含有する錯体であることを特徴とする、請求項10に記載のモノリス触媒システム。
- 前記第二光活性物質が、Ru錯体であることを特徴とする、請求項11に記載のモノリス触媒システム。
- 第一光活性物質および第二光活性物質のいずれかまたはその両方が、官能基により1種以上の電子伝導性物質に結合されていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 本システムの構造が平面状の多層構造であり、前記構造の一方の側が第一光活性物質を含有し且つ他方側が第二光活性物質を含有するか、あるいは前記構造の片側が第一光活性物質および第二光活性物質を含有することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載のモノリス触媒システム。
- 光および請求項1〜13のいずれか一項に記載の触媒システムを用いて水から酸素および水素を製造する方法であって、
第一光活性物質を含有するか、あるいは、第一光活性物質とこれと組み合わせてさらに少なくとも一種の補助物質および/または補助触媒を含有する第一区域において、本発明による触媒システムを水または水性液体または水性溶液に接触させ、
第二光活性物質を含有するか、あるいは、第二光活性物質とこれに組み合わせてさらに少なくとも一種の補助物質および/または補助触媒を含有する第二区域において、前記触媒システムを水または水性液体または水性溶液に接触させ、
前記触媒システムに光を照射し、かつ、
陽子が第一区域から第二区域に移動できるように、第一区域に接触している前記水または水性液体または水性溶液と、第二区域に接触している前記水または水性液体または水性溶液とを相互に接触した状態にする
ことを特徴とする、方法。 - 光が太陽光であることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 請求項14に記載のモノリス触媒システムを使用し、第一区域と第二区域を、陽子と水だけが浸透可能な膜により隔離することを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
- 第一区域または第二区域を、直接光で照射することを特徴とする、請求項15〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 第一区域および第二区域を、直接光で照射することを特徴とする、請求項15〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 酸素および/または水素を、間欠的にまたは連続的に捕集することを特徴とする、請求項15〜19のいずれか一項に記載の方法。
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