JP7255128B2 - PHOTOEXCITATION MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, PHOTOChemical ELECTRODE, AND PHOTOELECTROCHEMICAL REACTION DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、光励起材料、及びその製造方法、光化学電極、並びに光電気化学反応装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoexcitation material, a method for producing the same, a photochemical electrode, and a photoelectrochemical reaction device.
地球温暖化が認知されて以来、産業活動に伴って大気中に排出される二酸化炭素を如何に削減するかが重要な課題となっている。 Since global warming has been recognized, how to reduce carbon dioxide emitted into the atmosphere due to industrial activities has become an important issue.
大気中の二酸化炭素を減少させる方法として、人工光合成の技術が、近年、注目を集めている。人工光合成の技術は、光励起材料に可視光を照射して、電子とプロトンとを生成する明反応と、二酸化炭素及びプロトンを多電子還元して有機物を生成する暗反応とに大別される。 In recent years, artificial photosynthesis technology has attracted attention as a method of reducing carbon dioxide in the atmosphere. Artificial photosynthesis technology is roughly divided into light reactions in which photoexcitation materials are irradiated with visible light to generate electrons and protons, and dark reactions in which carbon dioxide and protons undergo multi-electron reduction to generate organic substances.
明反応において用いられる光励起材料には、次の4点の条件を全て満たした材料を用いる必要がある。1点目は、可視光照射で電子を励起できることである。2点目は、水を酸化還元できることである。3点目は、励起電子により高い光電流を形成できることである。4点目に、水中での酸化還元耐性に優れていることである。
これらの条件を満たす材料として、酸窒化物材料が提案されている(例えば、特許文献1)。
As the photoexcitation material used in the light reaction, it is necessary to use a material that satisfies all of the following four conditions. The first point is that electrons can be excited by irradiation with visible light. The second point is that water can be oxidized and reduced. The third point is that the excited electrons can form a high photocurrent. Fourth, it is excellent in oxidation-reduction resistance in water.
An oxynitride material has been proposed as a material that satisfies these conditions (for example, Patent Document 1).
光励起材料には、可視光照射を複数回行っても安定して光電流を発生できること、即ち、特性が落ちにくく、信頼性を有するか否かが、人工光合成システムに適用した場合に、特に重要になってくる。
しかし、酸窒化物を光励起材料として用いた場合、可視光照射を複数回行うと光電流が低下してしまうため、信頼性の点で、十分であるとはいえない。
It is particularly important for a photoexcitation material to be able to stably generate a photocurrent even when it is irradiated with visible light multiple times. It's going to be
However, when an oxynitride is used as a photoexcitation material, the photocurrent decreases when the visible light irradiation is performed multiple times. Therefore, it cannot be said that the reliability is sufficient.
本発明は、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光励起材料、及びその製造方法、前記光励起材料を用いた光化学電極、並びに光電気化学反応装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a photoexcitable material whose properties are unlikely to deteriorate even after repeated use, a method for producing the same, a photochemical electrode using the photoexcitable material, and a photoelectrochemical reaction device.
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
1つの態様では、光励起材料は、
光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する。
Means for solving the above problems are as follows. Namely
In one aspect, the photoexcitation material comprises:
a photoexcitable material portion containing an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
have
また、1つの態様では、光励起材料の製造方法は、
光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する光励起材料を製造する光励起材料の製造方法であって、
前記酸窒化物を配して光励起材料部位を形成する工程と、
前記光励起材料部位の表面の少なくとも一部に助触媒部位の前駆体を配した状態で、前記光励起材料部位と前記助触媒部位の前駆体とを加熱し、前記助触媒部位を形成する工程と、
を含む。
Also, in one aspect, the method for producing a photoexcitable material comprises:
a photoexcitable material portion containing an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
A method for producing a photoexcitation material for producing a photoexcitation material having
disposing the oxynitride to form a photoexcitable material site;
forming the promoter site by heating the photoexcitable material site and the promoter site precursor in a state where the promoter site precursor is disposed on at least a portion of the surface of the photoexcitable material site;
including.
また、1つの態様では、光化学電極は、
導電体と、
前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する。
Also, in one aspect, the photochemical electrode comprises:
a conductor;
a photoexcitable material disposed in contact with the conductor;
The photoexcitation material includes a photoexcitation material portion containing an oxynitride that is excited by absorbing light, and a cocatalyst portion containing a cocatalyst arranged in contact with the photoexcitation material portion,
have
また、1つの態様では、光電気化学反応装置は、
対向電極と、
前記対向電極に導線を介して接続された光化学電極と、
前記対向電極及び前記光化学電極を水中に浸すための透光性容器と、
を有し、
前記光化学電極が、導電体と、前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する。
Also, in one aspect, the photoelectrochemical reaction device comprises:
a counter electrode;
a photochemical electrode connected to the counter electrode via a lead;
a translucent container for immersing the counter electrode and the photochemical electrode in water;
has
the photochemical electrode comprises an electrical conductor and a photoexcitable material disposed in contact with the electrical conductor;
The photoexcitation material includes a photoexcitation material portion containing an oxynitride that is excited by absorbing light, and a cocatalyst portion containing a cocatalyst arranged in contact with the photoexcitation material portion,
have
本発明の光励起材料によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光励起材料を提供できる。
本発明の光励起材料の製造方法によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光励起材料の製造方法を提供できる。
本発明の光化学電極によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光化学電極を提供できる。
本発明の光電気化学反応装置によれば、従来における前記諸問題を解決することができ、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光電気化学反応装置を提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the photoexcitation material of this invention, the above-mentioned problems in the past can be solved, and the photoexcitation material which is hard to deteriorate in a characteristic even if it is used repeatedly can be provided.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the manufacturing method of the photoexcitable material of this invention, the above-mentioned conventional problems can be solved, and the manufacturing method of the photoexcitable material which does not deteriorate easily even if it uses it repeatedly can be provided.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the photochemical electrode of this invention, the above-mentioned conventional problems can be solved, and the photochemical electrode which does not deteriorate easily even if it uses it repeatedly can be provided.
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the photoelectrochemical reaction device of the present invention, it is possible to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a photoelectrochemical reaction device whose characteristics are unlikely to deteriorate even after repeated use.
(光励起材料)
本発明の光励起材料は、光励起材料部位と、助触媒部位とを有し、更に必要に応じて支持体などのその他の部位を有する。
(Photoexcitation material)
The photoexcitation material of the present invention has a photoexcitation material portion, a cocatalyst portion, and, if necessary, other portions such as a support.
本発明者らは、光励起材料部位に用いる材料として、酸窒化物材料に着目した。酸窒化物は、光励起材料として用いると、高い光電流が発生することが知られている。しかし、酸窒化物は、繰り返し使用すると、光電流が低下するという性質がある。これは、酸窒化物の結晶内の窒素原子が脱離することによるものと考えられている。例えば、酸窒化物として、SrNbO2Nを用いた場合、3回測定後には、その組成が、SrNbO2.03N0.91となっている。即ち、窒素は、約10%脱離している。
酸窒化物は、光電流を発生させる際に、酸素が発生し、酸窒化物中の酸素濃度が増加する。この増加した酸素が、酸窒化物中の窒素を追い出すことで、窒素の脱離が進行すると推測される。
The inventors of the present invention focused on an oxynitride material as a material to be used for the photoexcitation material portion. Oxynitrides are known to generate high photocurrents when used as photoexcitation materials. However, oxynitrides have the property of decreasing the photocurrent with repeated use. It is believed that this is due to elimination of nitrogen atoms in crystals of the oxynitride. For example, when SrNbO 2 N is used as the oxynitride, the composition is SrNbO 2.03 N 0.91 after three measurements. That is, about 10% of nitrogen is desorbed.
When the oxynitride generates photocurrent, oxygen is generated and the oxygen concentration in the oxynitride increases. It is presumed that the increased oxygen expels the nitrogen in the oxynitride, thereby promoting the desorption of nitrogen.
また、酸窒化物に限らず、光励起材料は、光を照射することで、照射した光のエネルギーにより光励起材料中にエネルギーの高い電子が伝導帯に励起された時、価電子帯に電子が抜けた穴である酸化力のあるホールが生成する。しかし、光励起材料を繰り返し使用した場合、生成したホールと光励起反応により発生した酸素とが再結合し、ホールが消滅する現象が起こる。その結果、光励起材料を繰り返し使用すると光電流の低下が起きる。 In addition, not only oxynitrides, but also photoexcitation materials are irradiated with light, and when high-energy electrons in the photoexcitation material are excited to the conduction band by the energy of the irradiated light, the electrons escape to the valence band. Oxidative holes are generated. However, when the photoexcited material is repeatedly used, a phenomenon occurs in which the generated holes recombine with the oxygen generated by the photoexcited reaction, and the holes disappear. As a result, repeated use of the photoexcitable material causes a decrease in photocurrent.
そこで、本発明者らは、繰り返し使用しても特性が落ちにくい光励起材料について検討した。その結果、酸窒化物と接するように助触媒を配することに着目した。助触媒を酸窒化物に接して配することで、酸窒化物内の酸素濃度の増加を抑えられ、窒素の脱離を防止でき、かつホールと電子の再結合を防止できる。その結果、光電流の低下を抑制できることを見出し、本発明の完成に至った。 Therefore, the present inventors have investigated a photoexcitation material whose properties are less likely to deteriorate even after repeated use. As a result, they paid attention to arranging the co-catalyst so as to be in contact with the oxynitride. By arranging the promoter in contact with the oxynitride, it is possible to suppress an increase in oxygen concentration in the oxynitride, prevent desorption of nitrogen, and prevent recombination of holes and electrons. As a result, the present inventors have found that the decrease in photocurrent can be suppressed, and have completed the present invention.
<光励起材料部位>
光励起材料部位は、酸窒化物を含有する。
光励起材料部位は、酸窒化物自体で構成されていることが好ましい。
<Photoexcitation material part>
The photoexcitable material portion contains an oxynitride.
The photoexcitable material portion is preferably composed of the oxynitride itself.
<<酸窒化物>>
酸窒化物は、光を吸収して励起する性質を有する。
酸窒化物としては、例えば、BaTaO2N、BaNbO2N、SrNbO2N、LaTiO2N、SrTaO2N、CaNbO2N、CaTaO2N、LaZrO2N、PrTaON2、TaON、NbON、GaN-ZnO系などが挙げられる。
<<Oxynitride>>
Oxynitrides have the property of being excited by absorbing light.
Examples of oxynitrides include BaTaO 2 N, BaNbO 2 N, SrNbO 2 N, LaTiO 2 N, SrTaO 2 N, CaNbO 2 N, CaTaO 2 N, LaZrO 2 N, PrTaON 2 , TaON, NbON, and GaN-ZnO. system and the like.
光励起材料部位の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平板状などが挙げられる。
光励起材料部位の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The shape of the photoexcitation material portion is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a flat plate shape.
The size of the photoexcitation material portion is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.
<助触媒部位>
助触媒部位は、助触媒を含有する。
助触媒部位は、光励起材料部位に接して配される。
助触媒部位は、光励起材料部位の表面全体を覆っていても、覆っていなくてもよく、光励起材料部位との境界が、明確であっても不明確であってもよい。
<Promoter site>
The cocatalyst site contains a cocatalyst.
A promoter site is disposed in contact with the photoexcitable material site.
The promoter site may or may not cover the entire surface of the photoexcitable material site, and the boundary with the photoexcitable material site may be sharp or indistinct.
<<助触媒>>
助触媒としては、金属酸化物が好ましい。金属酸化物としては、例えば、IrO2、RuO2、CoO2、CeO2などが挙げられる。
なお、助触媒と、酸窒化物とには、組成の好ましい組み合わせがあり、例えば、酸窒化物として、SrNbO2Nを用いた場合は、助触媒は、IrO2、RuO2、CoO2、CeO2が好ましい。
<<Co-catalyst>>
Metal oxides are preferred as promoters. Examples of metal oxides include IrO 2 , RuO 2 , CoO 2 and CeO 2 .
In addition , there is a preferable composition combination of the co - catalyst and the oxynitride . 2 is preferred.
助触媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、光励起材料部位の質量に対して、4質量%~6質量%が好ましい。 The content of the co-catalyst is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably 4% by mass to 6% by mass with respect to the mass of the photoexcitable material portion.
助触媒部位は、助触媒以外に、助触媒である金属酸化物を構成する金属を有していてもよい。そのような金属としては、例えば、Ir、Ru、Co、Ceなどが挙げられる。 The co-catalyst site may have a metal that constitutes a metal oxide that is a co-catalyst, in addition to the co-catalyst. Such metals include, for example, Ir, Ru, Co, Ce, and the like.
助触媒部位の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平板状などが挙げられる。
助触媒部位の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The shape of the co-catalyst site is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a flat plate shape.
The size of the co-catalyst site is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
<その他の部位>
その他の部位としては、例えば、支持体などが挙げられる。
支持体は、光励起材料部位と、助触媒部位とを支持する。
支持体は、例えば、光励起材料部位に接して配される。
支持体の材質としては、例えば、ガラス、有機樹脂等の絶縁体などが挙げられる。
その他の部位の形状、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Other parts>
Other sites include, for example, a support.
The support supports the photoexcitable material sites and the promoter sites.
The support is, for example, placed in contact with the photoexcitable material site.
Examples of the material of the support include insulators such as glass and organic resins.
The shape and size of other parts are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
ここで、本発明の光励起材料の一例を、図を用いて説明する。
図1は、本発明の光励起材料の一例の断面模式図である。
図1の光励起材料1は、光励起材料部位2と、光励起材料部位2に接した助触媒部位3と、を有する。光励起材料部位2は、ガラス基板などの支持体により支持されていてもよい。
An example of the photoexcitation material of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of the photoexcitation material of the present invention.
The
(光励起材料の製造方法)
本発明の光励起材料の製造方法は、前述の光励起材料を製造する方法である。
光励起材料の製造方法は、光励起材料部位を形成する工程(以下、「光励起材料部位形成工程」と略記することがある)と、助触媒部位を形成する工程(以下、「助触媒部位形成工程」と略記することがある)と、を有する。
光励起材料の製造方法は、更に必要に応じて支持体形成工程などのその他の工程を含む。
(Method for producing photoexcitation material)
The method for producing a photoexcitable material of the present invention is a method for producing the aforementioned photoexcitable material.
The method for producing a photoexcitable material includes a step of forming a photoexcitable material portion (hereinafter sometimes abbreviated as a “photoexcitable material portion forming step”) and a step of forming a cocatalyst portion (hereinafter, “a cocatalyst portion forming step”). may be abbreviated as) and
The method for producing a photoexcitable material further includes other steps such as a support formation step, if necessary.
<光励起材料部位形成工程>
光励起材料部位形成工程は、酸窒化物を配する工程である。
酸窒化物は、前述のものを用いることができる。
光励起材料部位形成工程は、酸窒化物を所望の形態に配することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、酸窒化物の粒子をエアロゾルデポジション法により塗布することで形成すること(以下、「NPD成膜」と称することがある)が好ましい。
<Photoexcitation material site forming step>
The photoexcitation material portion forming step is a step of disposing an oxynitride.
As the oxynitride, those described above can be used.
The photoexcitable material portion forming step is not particularly limited as long as the oxynitride can be arranged in a desired form, and can be appropriately selected according to the purpose. (hereinafter sometimes referred to as “NPD film formation”).
<<NPD成膜>>
エアロゾルデポジションは、ナノパーティクルデポジション(NPD)と呼ばれることもある。
ナノパーティクルデポジション(NPD)は、下記文献1~文献3においても紹介された方法である。
文献1: Imanaka, Y., Amada, H. & Kumasaka, F. Dielectric and insulating properties of embedded capacitor for flexible electronics prepared by aerosol-type nanoparticle deposition. Jpn. J. Appl. Phys. 52, 05DA02 (2013).
文献2: Imanaka, Y. et al., Nanoparticulated dense and stress-free ceramic thick film for material integration. Adv. Eng. Mater. 15, 1129-1135 (2013).
文献3: Imanaka, Y., Amada, H., Kumasaka, F., Awaji, N. & Kumamoto, A., Nanoparticulate BaTiO3 film produced by aerosol-type nanoparticle deposition. J. Nanopart. Res. 18, 102 (2016).
ナノパーティクルデポジション(NPD)は、原料粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材に向けて噴射して、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、前記原料粒子からなる膜を前記基材上に形成させる方法である。
<<NPD film formation>>
Aerosol deposition is sometimes called nanoparticle deposition (NPD).
Nanoparticle deposition (NPD) is a method introduced in
Reference 1: Imanaka, Y.; , Amada, H.; & Kumasaka, F.; Dielectric and insulating properties of embedded capacitor for flexible electronics prepared by aerosol-type nanoparticle deposition. Jpn. J. Appl. Phys. 52, 05DA02 (2013).
Document 2: Imanaka, Y.; et al. , Nanoparticulated dense and stress-free ceramic thick film for material integration. Adv. Eng. Mater. 15, 1129-1135 (2013).
Reference 3: Imanaka, Y.; , Amada, H.; , Kumasaka, F.; , Awaji, N.L. & Kumamoto, A. , Nanoparticulate BaTiO 3 film produced by aerosol-type nanoparticle deposition. J. Nanopart. Res. 18, 102 (2016).
In nanoparticle deposition (NPD), an aerosol in which raw material particles are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a substrate, and the aerosol collides with the substrate surface to form a film made of the raw material particles. It is a method of forming on a base material.
前記NPDは、更に詳細に説明すると、以下のようにして無機材料からなる膜を作製する方法である。
真空ポンプで継続的に減圧された系内で、ガス気流とともに無機材料である原料粒子がエアロゾルを形成して搬送される。搬送された前記原料粒子は、ノズル内で前記原料粒子同士が衝突しながら破砕される。前記原料粒子においては、前記原料粒子内部では結晶性を維持しつつ、前記原料粒子表面の結晶構造の一部が歪み、各原料粒子の表面エネルギー状態が高くなる。破砕された前記原料粒子が基板上に堆積する際に、高エネルギー状態にある不安定な原料粒子表面部が安定化する作用(凝集力)で前記原料粒子同士が再結合する。その結果、緻密なナノ粒子の集合構造体の膜が基板上に室温レベルの温度下で得られる。また、膜をアニールする場合も、膜の内部はナノ粒子で構成されているために、最適焼結を500℃以上、低くすることができる。
More specifically, the NPD is a method of producing a film made of an inorganic material as follows.
In a system that is continuously decompressed by a vacuum pump, raw material particles, which are inorganic materials, form an aerosol and are transported together with a gas stream. The conveyed raw material particles are crushed while colliding with each other in the nozzle. In the raw material particles, while maintaining the crystallinity inside the raw material particles, part of the crystal structure on the surface of the raw material particles is distorted, and the surface energy state of each raw material particle increases. When the crushed raw material particles are deposited on the substrate, the raw material particles recombine with each other due to the action (cohesive force) that stabilizes the unstable surface portions of the raw material particles in a high energy state. As a result, a dense nanoparticle aggregate structure film is obtained on the substrate at room temperature. Also, when the film is annealed, the optimum sintering temperature can be lowered to 500° C. or more because the inside of the film is composed of nanoparticles.
ここで、前記エアロゾルデポジション法の一例を図を用いて説明する。
図2は、エアロゾルデポジション法による成膜に用いられる成膜装置の一例の構造図である。
エアロゾルデポジション成膜装置は、エアロゾル室910及び成膜チャンバー920を有している。エアロゾル室910には成膜される材料の微粒子911が入れられており、He、N2、Ar等のキャリアガスが入れられたガスボンベ930が配管960を介して接続されている。また、エアロゾル室910と成膜チャンバー920とは、配管941により接続されており、成膜チャンバー920内における配管941の端部にはノズル921が設けられている。成膜チャンバー920内においては、ノズル921の開口部と対向する側に、ステージ922が設けられており、ステージ922には、成膜がなされる基板923が設置されている。この成膜チャンバー920内は真空に排気可能であり、配管942を介し、メカニカルブースターポンプ943及び真空ポンプ944が接続されている。尚、エアロゾル室910内を排気することができるように、エアロゾル室910は、配管945及び不図示のバルブ等を介し配管942と接続されている。また、エアロゾル室910が設置される領域には、エアロゾル室910において、成膜される材料の微粒子が固まる、もしくは、成膜中に粒子が偏ることを防ぐため、エアロゾル室910を振動させるための振動器950が設けられている。
An example of the aerosol deposition method will now be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a structural diagram of an example of a film forming apparatus used for film forming by the aerosol deposition method.
The aerosol deposition film forming apparatus has an
この成膜装置において、エアロゾルデポジション法による成膜を行う際には、成膜チャンバー920内をメカニカルブースターポンプ943及び真空ポンプ944により真空排気した後、ガスボンベ930よりキャリアガスをエアロゾル室910内に供給する。エアロゾル室910内では、供給されたキャリアガスにより成膜される材料の微粒子が巻き上げられ、成膜される材料の微粒子がキャリアガスとともに配管941を介し、成膜チャンバー920内のノズル921に運ばれる。この後、ノズル921から、キャリアガスとともに成膜される材料の微粒子が基板923に向けて噴出され、基板923の表面に向けてノズル921より噴出された微粒子が堆積することにより成膜が行われる。
In this film forming apparatus, when film formation is performed by the aerosol deposition method, the inside of the
<助触媒部位形成工程>
助触媒部位形成工程は、光励起材料部位の表面の少なくとも一部に助触媒部位の前駆体を配した状態で、光励起材料部位と助触媒部位の前駆体とを加熱する工程を有する。
助触媒部位の前駆体を配する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前述のNPD、スパッタ蒸着などが挙げられる。
<Promoter Site Forming Step>
The step of forming a promoter site includes a step of heating the photoexcitable material site and the precursor of the promoter site in a state where the precursor of the promoter site is disposed on at least a portion of the surface of the photoexcitable material site.
The method of disposing the precursor of the co-catalyst site is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include the aforementioned NPD and sputtering deposition.
光励起材料部位と助触媒部位の前駆体との加熱はアニールとも呼ばれ、光励起材料部位に含まれる酸窒化物の粒成長のために行われる。アニール時に、酸窒化物中の酸素の一部が、助触媒前駆体に移り、助触媒前駆体の少なくとも一部が酸化され、助触媒部位が形成される。
なお、助触媒部位は、助触媒と助触媒前駆体が混在した状態であってもよい。
The heating of the photoexcitable material portion and the precursor of the promoter portion, also called annealing, is performed for grain growth of the oxynitride contained in the photoexcitable material portion. During annealing, some of the oxygen in the oxynitride is transferred to the cocatalyst precursor and at least a portion of the cocatalyst precursor is oxidized to form cocatalyst sites.
The co-catalyst site may be in a state in which co-catalyst and co-catalyst precursor are mixed.
アニール時の加熱温度としては、助触媒前駆体の少なくとも一部が酸化される程度の温度であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、400℃~700℃であってもよいし、500℃~650℃であってもよい。
加熱時間としては、助触媒前駆体の少なくとも一部が酸化される程度の時間であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、5分間~10時間であってもよいし、10分間~1時間であってもよい。
The heating temperature during annealing is not particularly limited as long as it is a temperature at which at least a part of the cocatalyst precursor is oxidized, and can be appropriately selected according to the purpose. or 500°C to 650°C.
The heating time is not particularly limited as long as it is a time that at least part of the cocatalyst precursor is oxidized, and can be appropriately selected according to the purpose. 10 minutes to 1 hour.
<<助触媒前駆体>>
助触媒前駆体としては、酸窒化物中から脱離した酸素を受け取り、助触媒としての機能を発揮できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、助触媒である金属酸化物を構成する金属が挙げられる。そのような金属としては、Ir、Ru、Co、Ceなどが挙げられる。
<<Cocatalyst Precursor>>
The co-catalyst precursor is not particularly limited as long as it can receive oxygen desorbed from the oxynitride and exhibit a function as a co-catalyst, and can be appropriately selected according to the purpose. A metal that constitutes Such metals include Ir, Ru, Co, Ce, and the like.
ここで、図を用いて本発明の光励起材料の製造方法を説明する。
図3A~図3Cは、光励起材料の製造方法の一例を説明するための図である。
まず、図3Aに示すように、酸窒化物を含有する光励起材料部位2を製造する。光励起材料部位2は、例えば、エアロゾルデポジション法により形成することができる。
続いて、図3Bに示すように、光励起材料部位2の上に、助触媒部位の前駆体4を配する。助触媒部位の前駆体4は、例えば、助触媒である金属酸化物を構成する金属の膜であって、エアロゾルデポジション法により形成することができる。
続いて、図3Bに示す積層体を、真空条件又は不活性ガス雰囲気下で加熱する。加熱することで、光励起材料部位2に含有される酸窒化物の酸素の一部が、助触媒部位の前駆体4(金属の膜)部分に移動し、助触媒部位の前駆体4(金属の膜)が酸化される。
助触媒部位の前駆体4(金属の膜)が酸化された結果、助触媒である金属酸化物を含有する助触媒部位3が形成される(図3C)。
Here, the method for producing the photoexcitable material of the present invention will be described with reference to the drawings.
3A to 3C are diagrams for explaining an example of a method for producing a photoexcitation material.
First, as shown in FIG. 3A, a
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a
Subsequently, the laminate shown in FIG. 3B is heated under vacuum conditions or an inert gas atmosphere. By heating, part of the oxygen in the oxynitride contained in the
As a result of the oxidation of the promoter site precursor 4 (metal film), the
(光化学電極)
本発明の光化学電極は、導電体と、光励起材料と、を少なくとも有し、更に必要に応じて、支持体などのその他の部材を有する。
光励起材料は、前述の光励起材料である。
(Photochemical electrode)
The photochemical electrode of the present invention has at least a conductor and a photoexcitation material, and if necessary, other members such as a support.
The photoexcitation material is the aforementioned photoexcitation material.
<導電体>
導電体としては、導電性を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Conductor>
The conductor is not particularly limited as long as it has conductivity, and can be appropriately selected according to the purpose.
導電体の材質としては、例えば、金属、合金、金属酸化物などが挙げられる。
金属としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、ビスマス(Bi)、鉛(Pb)、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)などが挙げられる。
合金としては、例えば、前記金属の例示で挙げられた2以上の金属種からなる合金などが挙げられる。
金属酸化物としては、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化亜鉛、酸化インジウム(In2O3)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化スズ、酸化亜鉛-酸化スズ系、酸化インジウム-酸化スズ系、酸化亜鉛-酸化インジウム-酸化マグネシウム系などが挙げられる。
Examples of materials for the conductor include metals, alloys, and metal oxides.
Metals include platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), tungsten (W), nickel (Ni), tantalum (Ta), bismuth (Bi), lead (Pb), indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), titanium (Ti), aluminum (Al), and the like.
Examples of alloys include alloys composed of two or more of the metals listed above as examples of metals.
Examples of metal oxides include tin-doped indium oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), zinc oxide, indium oxide ( In2O3 ) , and aluminum-doped zinc oxide (AZO). , gallium-doped zinc oxide (GZO), tin oxide, zinc oxide-tin oxide system, indium oxide-tin oxide system, zinc oxide-indium oxide-magnesium oxide system, and the like.
ここで、導電性とは、例えば、体積抵抗率で102Ωcm以下の範囲を意味する。 Here, the conductivity means, for example, a volume resistivity in the range of 10 2 Ωcm or less.
導電体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平板状などが挙げられる。
導電体の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The shape of the conductor is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include a flat plate shape.
The size of the conductor is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
導電体としては、例えば、蒸着膜などが挙げられる。蒸着膜は、例えば、物理蒸着法、化学蒸着法などにより形成される。物理蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。 Examples of the conductor include a deposited film. The deposited film is formed by, for example, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or the like. Examples of physical vapor deposition include vacuum deposition and sputtering.
(光電気化学反応装置)
本発明の光電気化学反応装置は、対向電極と、光化学電極と、透光性容器とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
(Photoelectrochemical reaction device)
The photoelectrochemical reaction device of the present invention has at least a counter electrode, a photochemical electrode, and a translucent container, and optionally other members.
対向電極は、陰極である。
光化学電極は、本発明の光化学電極であり、陽極である。
光化学電極は、対向電極に導線を介して接続される。
透光性容器は、対向電極及び光化学電極を水中に浸すための容器である。透光性容器の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、プラスチック、ガラス、石英などが挙げられる。
The counter electrode is the cathode.
The photochemical electrode is the photochemical electrode of the present invention and is the anode.
The photochemical electrode is connected to the counter electrode via a wire.
A translucent container is a container for immersing a counter electrode and a photochemical electrode in water. The material of the translucent container is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include plastic, glass, quartz and the like.
図4を用いて、光電気化学反応装置の一例を説明する。
光電気化学反応装置は、陽極である光化学電極10と、陰極である対向電極15と、光化学電極10及び対向電極15を接続する導線16と、光化学電極10及び対向電極15を収容する透光性容器17とを有する。透光性容器17には、水18が入っており、光化学電極10及び対向電極15は水18に浸っている。
対向電極15には、例えば、水素の発生に高い触媒活性を示すPt金属電極が用いられる。
An example of the photoelectrochemical reaction device will be described with reference to FIG.
The photoelectrochemical reaction device includes a
For the
水の光分解反応を生じさせる照射光19は、例えば、紫外光を含む混合光である。
The
そして、光化学電極10に照射光19が照射されると、光化学電極10の光励起材料13において、価電子帯の電子が励起されて伝導帯に遷移するとともに、価電子帯に正孔が形成される。照射光19によって励起された電子は導電体12方向へ、正孔(ホール)は表面に向かう。そして、光励起材料13の表面では、OH-イオンが水中に存在すると、正孔によって表面で酸化反応が起きて酸素O2が生成する。一方、電子は、導線16で接続された対向電極15に移動し、対向電極15表面では、H+イオンが水中に存在すると、電子によって還元反応が起きて水素H2が生成する。
ここで、光励起材料13に助触媒部位に含有される助触媒14が存在することで、光励起材料13の光励起が促進され光電流の増加が生じる結果、光の利用効率が高くなる。
Then, when the
Here, the presence of the co-catalyst 14 contained in the co-catalyst site of the photo-
以下、開示の技術について説明するが、開示の技術は下記実施例に何ら限定されるものではない。 The disclosed technology will be described below, but the disclosed technology is not limited to the following examples.
(製造例1)
<酸窒化物(SrNbO2N)の製造>
SrCO3とNb2O5とを、SrCO3:Nb2O5=1:1(モル比)で混合し、アンモニアガス気流中、1,173K(約900℃)で100時間反応させて、純度99.9%以上、かつ平均粒径1μmのSrNbO2N粉末を得た。
(Production example 1)
<Production of oxynitride (SrNbO 2 N)>
SrCO 3 and Nb 2 O 5 were mixed at SrCO 3 :Nb 2 O 5 =1:1 (molar ratio) and reacted in an ammonia gas stream at 1,173 K (about 900° C.) for 100 hours to obtain a purity of A SrNbO 2 N powder having an average particle size of 1 μm and 99.9% or more was obtained.
(比較例1)
<酸窒化物>
原料粉末として製造例1で製造した平均粒径1μmのSrNbO2N粉末を用いた。
(Comparative example 1)
<Oxynitride>
The SrNbO 2 N powder having an average particle size of 1 μm produced in Production Example 1 was used as the raw material powder.
<光化学電極の作製>
使用したナノパーティクルデポジション(NPD)装置は、エアロゾル発生システム、デポジションチャンバー、及び真空システムから構成される。このデポジション装置に熱源は配されていない。
製造例1で製造したSrNbO2N粉末を、前記エアロゾル発生システムの容器内にセットし、10Hzで振動させた。それから、ガス圧0.2MPa、かつ純度99.9%のヘリウムを前記容器に導入し、エアロゾルを発生させた。メカニカルブースター及び真空ポンプを用い、前記デポジションチャンバー内の圧力を、10Pa未満に制御した。発生した前記エアロゾルを、前記デポジションチャンバー内のノズルへ搬送させた。
前記エアロゾルを前記ノズルから発射し、前記エアロゾルを前記デポジションチャンバー内に配されたFTO基板(フッ素ドープ酸化スズ薄膜が形成されたガラス)に10分間衝突させた。その時のガス流速は、50m/sec~100m/secであった。ガス流速は、ノズル開口部を通過する部分のガス流量から算出した。
その結果、室温で、前記FTO基板上にSrNbO2Nからなる光励起材料部位(平均厚み2μm)が形成された。
<Preparation of photochemical electrode>
The nanoparticle deposition (NPD) apparatus used consists of an aerosol generation system, a deposition chamber, and a vacuum system. No heat source is provided in this deposition apparatus.
The SrNbO 2 N powder produced in Production Example 1 was set in the container of the aerosol generation system and vibrated at 10 Hz. Then, helium with a gas pressure of 0.2 MPa and a purity of 99.9% was introduced into the container to generate an aerosol. The pressure in the deposition chamber was controlled below 10 Pa using a mechanical booster and a vacuum pump. The generated aerosol was transported to a nozzle within the deposition chamber.
The aerosol was emitted from the nozzle and made to collide with the FTO substrate (glass on which a fluorine-doped tin oxide thin film was formed) placed in the deposition chamber for 10 minutes. The gas flow velocity at that time was 50 m/sec to 100 m/sec. The gas flow velocity was calculated from the gas flow rate at the portion passing through the nozzle opening.
As a result, a photoexcitation material portion (average thickness of 2 μm) made of SrNbO 2 N was formed on the FTO substrate at room temperature.
続いて、窒素ガス雰囲気(窒素ガス濃度100%)中600℃、30分間でアニールした。
以上により、比較例1の光化学電極を得た。
Subsequently, annealing was performed at 600° C. for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas concentration 100%).
As described above, a photochemical electrode of Comparative Example 1 was obtained.
(実施例1)
<光励起材料を有する光化学電極の作製>
使用したナノパーティクルデポジション(NPD)装置は、エアロゾル発生システム、デポジションチャンバー、及び真空システムから構成される。このデポジション装置に熱源は配されていない。
製造例1で製造したSrNbO2N粉末を、前記エアロゾル発生システムの容器内にセットし、10Hzで振動させた。それから、ガス圧0.2MPa、かつ純度99.9%のヘリウムを前記容器に導入し、エアロゾルを発生させた。メカニカルブースター及び真空ポンプを用い、前記デポジションチャンバー内の圧力を、10Pa未満に制御した。発生した前記エアロゾルを、前記デポジションチャンバー内のノズルへ搬送させた。
前記エアロゾルを前記ノズルから発射し、前記エアロゾルを前記デポジションチャンバー内に配されたFTO基板(フッ素ドープ酸化スズ薄膜が形成されたガラス)に10分間衝突させた。その時のガス流速は、50m/sec~100m/secであった。ガス流速は、ノズル開口部を通過する部分のガス流量から算出した。
その結果、室温で、前記FTO基板上にSrNbO2Nからなる光励起材料部位(平均厚み2μm)が形成された。
(Example 1)
<Preparation of photochemical electrode having photoexcitation material>
The nanoparticle deposition (NPD) apparatus used consists of an aerosol generation system, a deposition chamber, and a vacuum system. No heat source is provided in this deposition apparatus.
The SrNbO 2 N powder produced in Production Example 1 was set in the container of the aerosol generation system and vibrated at 10 Hz. Then, helium with a gas pressure of 0.2 MPa and a purity of 99.9% was introduced into the container to generate an aerosol. The pressure in the deposition chamber was controlled below 10 Pa using a mechanical booster and a vacuum pump. The generated aerosol was transported to a nozzle within the deposition chamber.
The aerosol was emitted from the nozzle and made to collide with the FTO substrate (glass on which a fluorine-doped tin oxide thin film was formed) placed in the deposition chamber for 10 minutes. The gas flow velocity at that time was 50 m/sec to 100 m/sec. The gas flow velocity was calculated from the gas flow rate at the portion passing through the nozzle opening.
As a result, a photoexcitation material portion (average thickness of 2 μm) made of SrNbO 2 N was formed on the FTO substrate at room temperature.
続いて、光励起材料部位の片面の全面に、図2に示すようなナノパーティクルデポジションの成膜技術を用いて、助触媒部位の前駆体であるIr(イリジウム)を用いてIr膜を形成した。
Ir膜は、SrNbO2Nに対して、5質量%の量となるように成膜した。
なお、原料のIrは、高純度化学研究所製のIr粒子を用いた。
Subsequently, an Ir film was formed using Ir (iridium), which is a precursor of the co-catalyst site, on the entire surface of one side of the photoexcitation material site using the film formation technique of nanoparticle deposition as shown in FIG. .
The Ir film was formed so as to have an amount of 5% by mass with respect to SrNbO 2 N.
As the raw material Ir, Ir particles manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd. were used.
続いて、窒素ガス雰囲気(窒素ガス濃度100%)中600℃、30分間でアニールし、Irを酸化させることで助触媒(IrO2)を形成し、助触媒(IrO2)を含む助触媒部位を形成した。
以上により、実施例1の光化学電極を得た。
Subsequently, annealing is performed at 600° C. for 30 minutes in a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas concentration 100%) to oxidize Ir to form a cocatalyst (IrO 2 ), and a cocatalyst site containing the cocatalyst (IrO 2 ). formed.
As described above, a photochemical electrode of Example 1 was obtained.
<光電流の測定>
測定には3極の電気化学セルを用いた。白金箔を対極とし、Ag/AgCl(飽和KCl水溶液)電極を参照電極とした。電解液には0.5M Na2SO4水溶液(pH=6.0~6.5)を用い、事前に窒素ガスを30分間通気して溶存酸素を脱気した。電位の値は、その都度pH=0における標準水素電極基準の値(vs.NHE)に補正し、その値を表記した。
疑似太陽光にはソーラシミュレータ(朝日分光社製、HAL-320)、電位測定にはポテンショスタット(ソーラトロン社製、SI 1280)を用いて、光電流の測定を行った。ソーラシミュレータの照度は100mW/cm2、バイアス電圧は参照電極に対して-1から1.5Vとした。
作成した実施例1及び比較例1の光化学電極の光電流を3回測定した。なお、3回の測定は連続で行った。実施例1及び比較例1のそれぞれの1回目の光電流の値を1としたときの、2回目、及び3回目の光電流の値を、図5に示した。
<Measurement of photocurrent>
A three-electrode electrochemical cell was used for the measurement. A platinum foil was used as a counter electrode, and an Ag/AgCl (saturated KCl aqueous solution) electrode was used as a reference electrode. A 0.5 M Na 2 SO 4 aqueous solution (pH=6.0 to 6.5) was used as the electrolytic solution, and dissolved oxygen was degassed by passing nitrogen gas for 30 minutes in advance. The potential value was corrected to the standard hydrogen electrode reference value (vs. NHE) at pH=0 each time, and the value is shown.
Photocurrent was measured using a solar simulator (HAL-320, manufactured by Asahi Spectroscopy Co., Ltd.) for simulated sunlight, and a potentiostat (SI 1280, manufactured by Solartron Co., Ltd.) for potential measurement. The illuminance of the solar simulator was 100 mW/cm 2 and the bias voltage was −1 to 1.5 V with respect to the reference electrode.
Photocurrents of the photochemical electrodes prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were measured three times. In addition, the measurement of 3 times was performed continuously. FIG. 5 shows the second and third photocurrent values of Example 1 and Comparative Example 1, where the first photocurrent value is 1. As shown in FIG.
実施例1の光励起材料を有する光化学電極を用いた場合の光電流は、3回目の測定時において、1回目の測定時の0.55倍程度の大きさだった。これに対して、比較例1の光励起材料を有する光化学電極を用いた場合の光電流は、3回目の測定時において、1回目の測定時の0.25倍程度の大きさだった。これらの結果から、本発明の光励起材料は、繰り返し使用しても特性が落ちにくいことが明らかになった。 When the photochemical electrode having the photoexcitation material of Example 1 was used, the photocurrent in the third measurement was about 0.55 times as large as in the first measurement. On the other hand, when the photochemical electrode having the photoexcitation material of Comparative Example 1 was used, the photocurrent in the third measurement was about 0.25 times as large as in the first measurement. From these results, it has become clear that the photoexcitation material of the present invention does not easily lose its properties even after repeated use.
更に以下の付記を開示する。
(付記1)
光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有することを特徴とする光励起材料。
(付記2)
前記酸窒化物が、BaTaO2N、BaNbO2N、SrNbO2N、及びLaTiO2Nの少なくともいずれかを含有する付記1に記載の光励起材料。
(付記3)
前記助触媒が、IrO2、RuO2、CoO2、及びCeO2の少なくともいずれかを含有する付記1から2のいずれかに記載の光励起材料。
(付記4)
前記助触媒が、Ir、Ru、Co、及びCeの少なくともいずれかを更に含有する付記1から3のいずれかに記載の光励起材料。
(付記5)
光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する光励起材料を製造する光励起材料の製造方法であって、
前記酸窒化物を配して光励起材料部位を形成する工程と、
前記光励起材料部位の表面の少なくとも一部に助触媒部位の前駆体を配した状態で、前記光励起材料部位と前記助触媒部位の前駆体とを加熱し、前記助触媒部位を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光励起材料の製造方法。
(付記6)
前記光励起材料部位が、前記酸窒化物の粒子をエアロゾルデポジション法により塗布することで形成される付記5に記載の光励起材料の製造方法。
(付記7)
導電体と、
前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有することを特徴とする光化学電極。
(付記8)
対向電極と、
前記対向電極に導線を介して接続された光化学電極と、
前記対向電極及び前記光化学電極を水中に浸すための透光性容器と、
を有し、
前記光化学電極が、導電体と、前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物を含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、を有する
ことを特徴とする光電気化学反応装置。
Further, the following notes are disclosed.
(Appendix 1)
a photoexcitable material portion containing an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
A photoexcitation material characterized by comprising:
(Appendix 2)
The photoexcitation material according to
(Appendix 3)
3. The photoexcitation material according to any one of
(Appendix 4)
4. The photoexcitation material according to any one of
(Appendix 5)
a photoexcitable material portion containing an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
A method for producing a photoexcitation material for producing a photoexcitation material having
disposing the oxynitride to form a photoexcitable material site;
forming the promoter site by heating the photoexcitable material site and the promoter site precursor in a state where the promoter site precursor is disposed on at least a portion of the surface of the photoexcitable material site;
A method for producing a photoexcitation material, comprising:
(Appendix 6)
6. The method for producing a photoexcitable material according to appendix 5, wherein the photoexcitable material portion is formed by applying particles of the oxynitride by an aerosol deposition method.
(Appendix 7)
a conductor;
a photoexcitable material disposed in contact with the conductor;
The photoexcitation material includes a photoexcitation material portion containing an oxynitride that is excited by absorbing light, and a cocatalyst portion containing a cocatalyst arranged in contact with the photoexcitation material portion,
A photochemical electrode characterized by comprising:
(Appendix 8)
a counter electrode;
a photochemical electrode connected to the counter electrode via a lead;
a translucent container for immersing the counter electrode and the photochemical electrode in water;
has
the photochemical electrode comprises an electrical conductor and a photoexcitable material disposed in contact with the electrical conductor;
The photoexcitation material has a photoexcitation material portion containing an oxynitride that is excited by absorbing light, and a cocatalyst portion containing a cocatalyst disposed in contact with the photoexcitation material portion. Photoelectrochemical reactor.
1 光励起材料
2 光励起材料部位
3 助触媒部位
4 助触媒部位の前駆体
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有し、
前記助触媒が、IrO2、RuO2、CoO2、及びCeO2の少なくともいずれかを含有することを特徴とする光励起材料。 a photoexcitation material portion containing SrNbO 2 N as an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
has
A photoexcitation material, wherein the co-catalyst contains at least one of IrO 2 , RuO 2 , CoO 2 and CeO 2 .
前記光励起材料部位に接して配された助触媒を含有する助触媒部位と、
を有する光励起材料を製造する光励起材料の製造方法であって、
前記酸窒化物を配して光励起材料部位を形成する工程と、
前記光励起材料部位の表面の少なくとも一部に助触媒部位の前駆体を配した状態で、前記光励起材料部位と前記助触媒部位の前駆体とを加熱し、前記助触媒部位を形成する工程と、
を含み、
前記助触媒が、IrO2、RuO2、CoO2、及びCeO2の少なくともいずれかを含有することを特徴とする光励起材料の製造方法。 a photoexcitation material portion containing SrNbO 2 N as an oxynitride that absorbs and excites light;
a co-catalyst site containing a co-catalyst disposed in contact with the photoexcitable material site;
A method for producing a photoexcitation material for producing a photoexcitation material having
disposing the oxynitride to form a photoexcitable material site;
forming the promoter site by heating the photoexcitable material site and the promoter site precursor in a state where the promoter site precursor is disposed on at least a portion of the surface of the photoexcitable material site;
including
A method for producing a photoexcitation material, wherein the co-catalyst contains at least one of IrO 2 , RuO 2 , CoO 2 and CeO 2 .
前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物としてのSrNbO 2 Nを含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された、IrO 2 、RuO 2 、CoO 2 、及びCeO 2 の少なくともいずれかを含む助触媒を含有する助触媒部位と、
を有することを特徴とする光化学電極。 a conductor;
a photoexcitable material disposed in contact with the conductor;
A photoexcitation material portion containing SrNbO 2 N as an oxynitride that is excited by light absorption, and IrO 2 , RuO 2 , CoO 2 , and CeO arranged in contact with the photoexcitation material portion. a promoter site containing a promoter containing at least one of 2 ;
A photochemical electrode characterized by comprising:
前記対向電極に導線を介して接続された光化学電極と、
前記対向電極及び前記光化学電極を水中に浸すための透光性容器と、
を有し、
前記光化学電極が、導電体と、前記導電体に接するように配された光励起材料と、を有し、
前記光励起材料が、光を吸収して励起する酸窒化物としてのSrNbO 2 Nを含有する光励起材料部位と、前記光励起材料部位に接して配された、IrO 2 、RuO 2 、CoO 2 、及びCeO 2 の少なくともいずれかを含む助触媒を含有する助触媒部位と、を有する
ことを特徴とする光電気化学反応装置。 a counter electrode;
a photochemical electrode connected to the counter electrode via a lead;
a translucent container for immersing the counter electrode and the photochemical electrode in water;
has
the photochemical electrode comprises an electrical conductor and a photoexcitable material disposed in contact with the electrical conductor;
A photoexcitation material portion containing SrNbO 2 N as an oxynitride that is excited by light absorption, and IrO 2 , RuO 2 , CoO 2 , and CeO arranged in contact with the photoexcitation material portion. and a cocatalyst site containing a cocatalyst containing at least one of ( 2) .
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JP2014233669A (en) | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 株式会社東芝 | Photochemical reaction apparatus and thin film |
JP2015171704A (en) | 2013-09-18 | 2015-10-01 | 富士フイルム株式会社 | Hydrolyzing photocatalyst, production method for the same, and hydrolyzing photoelectrode |
JP2017039115A (en) | 2014-11-21 | 2017-02-23 | 三菱化学株式会社 | Method for producing composite photocatalyst and composite photocatalyst |
WO2017043472A1 (en) | 2015-09-08 | 2017-03-16 | 富士フイルム株式会社 | Photocatalyst electrode for oxygen generation and module |
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