JPH0639285A - 光触媒 - Google Patents
光触媒Info
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- JPH0639285A JPH0639285A JP4196910A JP19691092A JPH0639285A JP H0639285 A JPH0639285 A JP H0639285A JP 4196910 A JP4196910 A JP 4196910A JP 19691092 A JP19691092 A JP 19691092A JP H0639285 A JPH0639285 A JP H0639285A
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光触媒に関する。
【構成】 貴金属である金、白金、パラジウムあるいは
酸化チタンの表面上に粒径が10〜100ÅのFe2 O
3 を担体固定してなる光触媒。
酸化チタンの表面上に粒径が10〜100ÅのFe2 O
3 を担体固定してなる光触媒。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光触媒に関し、光のエネ
ルギを利用して水を分解する光触媒やCO2固定光触媒
に適用できる光触媒に関する。
ルギを利用して水を分解する光触媒やCO2固定光触媒
に適用できる光触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光触媒にはTiO2 やSrTiO
3 などがあるが、バンドギャップが3.0eV以上であ
り、利用できる光の波長が400nm以下であるため太陽
光を利用して水分解を行なう場合、その光の利用効率は
5%程度と低く実用化されていない。このため太陽光の
利用効率が高い光触媒の開発が求められている。
3 などがあるが、バンドギャップが3.0eV以上であ
り、利用できる光の波長が400nm以下であるため太陽
光を利用して水分解を行なう場合、その光の利用効率は
5%程度と低く実用化されていない。このため太陽光の
利用効率が高い光触媒の開発が求められている。
【0003】酸化鉄(Fe2 O3 )バルクはバンドギャ
ップが2.2eVのため太陽光の利用効率は約17%と高
い値をもっている。しかし、Fe2 O3 は水を分解でき
る電位を有していないため、バルブのままでは光触媒と
しての機能を果たすことができない。
ップが2.2eVのため太陽光の利用効率は約17%と高
い値をもっている。しかし、Fe2 O3 は水を分解でき
る電位を有していないため、バルブのままでは光触媒と
しての機能を果たすことができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記技術水準
に鑑み、一般にバルクでは光触媒機能を有さない物質で
ある酸化鉄(Fe2 O3 )に光触媒機能をもたせ、しか
も従来の光触媒のTiO 2 よりも太陽光の利用効率が高
く実用的な光触媒を提供しようとするものである。
に鑑み、一般にバルクでは光触媒機能を有さない物質で
ある酸化鉄(Fe2 O3 )に光触媒機能をもたせ、しか
も従来の光触媒のTiO 2 よりも太陽光の利用効率が高
く実用的な光触媒を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は貴金属である
金、白金、パラジウムあるいは二酸化チタンの表面上に
粒径が10〜100Åの酸化鉄(Fe2 O3 )を担持固
定させてなることを特徴とする光触媒である。
金、白金、パラジウムあるいは二酸化チタンの表面上に
粒径が10〜100Åの酸化鉄(Fe2 O3 )を担持固
定させてなることを特徴とする光触媒である。
【0006】
【作用】半導体が光触媒機能を有するための条件は、
(1)伝導帯の位置がバンドモデルで表わすとき水素発
生電位より上方にあることと、(2)価電子帯の上端が
酸素発生電位よりも下方にあることが必要である。バル
ク酸化鉄(Fe2 O3 )の場合、図2に示すように
(2)の条件は満たしているが、(1)の条件は満たし
ていないため光触媒としての機能を有さない。
(1)伝導帯の位置がバンドモデルで表わすとき水素発
生電位より上方にあることと、(2)価電子帯の上端が
酸素発生電位よりも下方にあることが必要である。バル
ク酸化鉄(Fe2 O3 )の場合、図2に示すように
(2)の条件は満たしているが、(1)の条件は満たし
ていないため光触媒としての機能を有さない。
【0007】しかし、本発明においては図3に示すよう
に、酸化鉄(Fe2 O3 )を粒径10〜100Å(図3
には粒径30Åを代表例として示す)に超微粒子化する
ことにより伝導帯の位置は上方へ働き、バルクでは越え
ていなかった水素発生電位の上方に位置することを見い
だした。(粒径10〜100Åの粒子は原子数にして数
百、数千になる。これにより粒子の電子状態は通常の原
子数が無限大のバルクとは違ったものとなる。一般に、
この現象を量子サイズ効果と呼んでいる。)これによっ
て、(1)の条件を満たすようになる。また価電子帯も
量子効果によって変化するがバルクのときの価電子帯の
位置が酸素発生電位よりかなり下方に位置したため、
(2)の条件を破ることはないことを見いだし本発明に
至ったものである。
に、酸化鉄(Fe2 O3 )を粒径10〜100Å(図3
には粒径30Åを代表例として示す)に超微粒子化する
ことにより伝導帯の位置は上方へ働き、バルクでは越え
ていなかった水素発生電位の上方に位置することを見い
だした。(粒径10〜100Åの粒子は原子数にして数
百、数千になる。これにより粒子の電子状態は通常の原
子数が無限大のバルクとは違ったものとなる。一般に、
この現象を量子サイズ効果と呼んでいる。)これによっ
て、(1)の条件を満たすようになる。また価電子帯も
量子効果によって変化するがバルクのときの価電子帯の
位置が酸素発生電位よりかなり下方に位置したため、
(2)の条件を破ることはないことを見いだし本発明に
至ったものである。
【0008】さらに太陽光の利用効率について述べる。
図4に示すように、一般に超微粒子化によって価電子
帯、伝導帯の幅であるバンドギャップは増大する。Fe
2 O3の場合、バルクのバンドギャップは約2.2eVで
ある。これを超微粒子化するとバンドギャップは増大し
2.3〜2.4eV程度になる。その結果、図5に示すよ
うに、太陽光の利用効率は約15%となり、バルクの場
合の約17%の利用効率と比較すると低くはなるが、実
用に十分耐え得る効率の光触媒となる。
図4に示すように、一般に超微粒子化によって価電子
帯、伝導帯の幅であるバンドギャップは増大する。Fe
2 O3の場合、バルクのバンドギャップは約2.2eVで
ある。これを超微粒子化するとバンドギャップは増大し
2.3〜2.4eV程度になる。その結果、図5に示すよ
うに、太陽光の利用効率は約15%となり、バルクの場
合の約17%の利用効率と比較すると低くはなるが、実
用に十分耐え得る効率の光触媒となる。
【0009】本発明の光触媒の担体としては酸化、還元
反応に安定な素材であるという理由より金、白金、パラ
ジウム及び二酸化チタンを選択したものである。超微粒
子のFe2 O3 が触媒反応を起こすためには、これら担
体の表面をできるだけ覆う方がよいが、粒子どうしが接
触すると量子サイズ効果が起こらなくなるため、超微粒
子Fe2 O3 の担体表面占有率は最大50%程度にする
べきであり、一般的には10〜50%の占有率であるこ
とが好ましい。
反応に安定な素材であるという理由より金、白金、パラ
ジウム及び二酸化チタンを選択したものである。超微粒
子のFe2 O3 が触媒反応を起こすためには、これら担
体の表面をできるだけ覆う方がよいが、粒子どうしが接
触すると量子サイズ効果が起こらなくなるため、超微粒
子Fe2 O3 の担体表面占有率は最大50%程度にする
べきであり、一般的には10〜50%の占有率であるこ
とが好ましい。
【0010】
【実施例】本発明の光触媒の一実施例の製造方法につい
て説明する。先ず、30Åの酸化鉄(Fe2 O3 )をT
iO2 電極上に分散生成させる。その方法はFe2 O3
ターゲットをイオン銃を用いたアルゴンイオンにてスパ
ッタし、TiO2 電極上に生成させる。粒径制御は水晶
振動子式の成膜モニタにて監視して行なった。スパッタ
条件は下記の通りである。イオンビームは加速電圧1k
V、イオン電流10mA、ターゲット面に対して45°で
入射した。TiO2 基板電極はターゲット面の垂直上方
に置き、基板温度は室温に保った。なお、このときの作
動真空度は2×10-4Torrであった。作成した試料を図
1,2に示す。図1は外観模式図、図2は図1の断面図
である。
て説明する。先ず、30Åの酸化鉄(Fe2 O3 )をT
iO2 電極上に分散生成させる。その方法はFe2 O3
ターゲットをイオン銃を用いたアルゴンイオンにてスパ
ッタし、TiO2 電極上に生成させる。粒径制御は水晶
振動子式の成膜モニタにて監視して行なった。スパッタ
条件は下記の通りである。イオンビームは加速電圧1k
V、イオン電流10mA、ターゲット面に対して45°で
入射した。TiO2 基板電極はターゲット面の垂直上方
に置き、基板温度は室温に保った。なお、このときの作
動真空度は2×10-4Torrであった。作成した試料を図
1,2に示す。図1は外観模式図、図2は図1の断面図
である。
【0011】また真空蒸着法においては、真空度1×1
0-6のもとで行ない抵抗加熱法にてFeを蒸発させ上部
基板上に水晶振動子成膜モニタの監視のもとで粒径制御
を行ないつつ作成した。これを大気中500℃で加熱処
理することで、作成を行なった。作成された試料は前記
図1,図2と同様なものである。
0-6のもとで行ない抵抗加熱法にてFeを蒸発させ上部
基板上に水晶振動子成膜モニタの監視のもとで粒径制御
を行ないつつ作成した。これを大気中500℃で加熱処
理することで、作成を行なった。作成された試料は前記
図1,図2と同様なものである。
【0012】作成した試料は以下の電気化学計測により
評価した。電気化学測定用電解セルは作用電極として上
記試料を用い、対極には白金を、また参照電極には銀・
塩化銀電極を使用した。溶液は1規定水酸化ナトリウム
水溶液をもちいた。このセルを使用し、ロックインアン
プ内蔵の周波数応答器とポテンショスタットを組み合わ
せた装置にて、複素インピーダンスを計測し、この複素
インピーダンスプロットのデータを用い、Mott-Schottk
y プロットよりフラットバンドポテンシャルを求めた。
またバンドギャップは分光光度計の透過率測定より導出
した。
評価した。電気化学測定用電解セルは作用電極として上
記試料を用い、対極には白金を、また参照電極には銀・
塩化銀電極を使用した。溶液は1規定水酸化ナトリウム
水溶液をもちいた。このセルを使用し、ロックインアン
プ内蔵の周波数応答器とポテンショスタットを組み合わ
せた装置にて、複素インピーダンスを計測し、この複素
インピーダンスプロットのデータを用い、Mott-Schottk
y プロットよりフラットバンドポテンシャルを求めた。
またバンドギャップは分光光度計の透過率測定より導出
した。
【0013】前記図3に示したように、Fe2 O3 バル
クの伝導帯のエネルギ準位は+0.2(V vs NHE)であ
ったものが粒径30Åの超微粒子の場合、−0.2(V
vs NHE) になり、水素発生電位よりも、上方に位置する
ようになった。また、価電子帯の位置はバルクの時は、
+2.4(V vs NHE)にあったものが、超微粒子化する
ことによって、+2.1(V vs NHE)に変化した。この
状態は粒径30ÅのFe2 O3 超微粒子が光触媒として
の条件を満たしていることを示す。
クの伝導帯のエネルギ準位は+0.2(V vs NHE)であ
ったものが粒径30Åの超微粒子の場合、−0.2(V
vs NHE) になり、水素発生電位よりも、上方に位置する
ようになった。また、価電子帯の位置はバルクの時は、
+2.4(V vs NHE)にあったものが、超微粒子化する
ことによって、+2.1(V vs NHE)に変化した。この
状態は粒径30ÅのFe2 O3 超微粒子が光触媒として
の条件を満たしていることを示す。
【0014】また、前記図4に示したように、バンドギ
ャップはバルクで2.2eVであったものが、粒径30Å
の超微粒子では、2.3eVになり、このときの太陽光利
用効率は前記図5に示したように約15%になった。
ャップはバルクで2.2eVであったものが、粒径30Å
の超微粒子では、2.3eVになり、このときの太陽光利
用効率は前記図5に示したように約15%になった。
【0015】
【発明の効果】本発明により、バルクでは光触媒として
の能力をもたない酸化鉄Fe2 O3 を光触媒として使用
しうるようになり、その工業的効果は顕著なものがあ
る。
の能力をもたない酸化鉄Fe2 O3 を光触媒として使用
しうるようになり、その工業的効果は顕著なものがあ
る。
【図1】本発明の一実施例の光触媒の外観模式図。
【図2】図1の断面図。
【図3】Fe2 O3 バルクと粒径30Å超微粒子Fe2
O3 の伝導体および価電子帯の位置を示す図。
O3 の伝導体および価電子帯の位置を示す図。
【図4】Fe2 O3 粒子の粒径変化によるバンドギャッ
プの変化を示す図。
プの変化を示す図。
【図5】Fe2 O3 超微粒子光触媒の太陽エネルギ変換
効率をFe2 O3 バルクおよび従来のTiO2 光触媒と
対比して示す図。
効率をFe2 O3 バルクおよび従来のTiO2 光触媒と
対比して示す図。
Claims (1)
- 【請求項1】 貴金属である金、白金、パラジウムある
いは二酸化チタンの表面上に粒径が10〜100Åの酸
化鉄(Fe2 O3 )を担持固定させてなることを特徴と
する光触媒。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4196910A JPH0639285A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4196910A JPH0639285A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光触媒 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0639285A true JPH0639285A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=16365693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4196910A Withdrawn JPH0639285A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 光触媒 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0639285A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO1997026991A1 (fr) * | 1996-01-22 | 1997-07-31 | Petroleum Energy Center | Photocatalyseur, procede de production de ce photocatalyseur, et procede de reaction photocatalytique |
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US5865088A (en) * | 1995-07-25 | 1999-02-02 | Komatsu Ltd. | High-speed safety circuit for a hydraulic press |
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EP1036593A1 (de) * | 1999-03-16 | 2000-09-20 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mit Fe3+-Ionen dotierter Titandioxid-Photokatalysator |
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CN105618037A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-06-01 | 西北大学 | 一种二氧化钛-银复合光催化薄膜及其制备方法和应用 |
CN106881155A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-23 | 广州凯耀资产管理有限公司 | 一种Au/TiO2/金属有机骨架复合光催化剂及制备方法与应用 |
JP2019172499A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 富士フイルム株式会社 | ゲルおよび水素発生パック |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP4196910A patent/JPH0639285A/ja not_active Withdrawn
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