JPH0639285A - 光触媒 - Google Patents

光触媒

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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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JP
Japan
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fe2o3
photocatalyst
tio2
bulk
photocatalytic function
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4196910A
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English (en)
Inventor
Takehiko Ito
岳彦 伊藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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
3 を担体固定してなる光触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【0003】酸化鉄(Fe2 3 )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 3 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 3 )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 3 )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 3 )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 3 )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 3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 3 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 3 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 3 )をT
iO2 電極上に分散生成させる。その方法はFe2 3
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
-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。
【0013】前記図3に示したように、Fe2 3 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 3 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。
【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 3 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。
【図面の簡単な説明】
【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 3 バルクと粒径30Å超微粒子Fe2
3 の伝導体および価電子帯の位置を示す図。
【図4】Fe2 3 粒子の粒径変化によるバンドギャッ
プの変化を示す図。
【図5】Fe2 3 超微粒子光触媒の太陽エネルギ変換
効率をFe2 3 バルクおよび従来のTiO2 光触媒と
対比して示す図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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 3 )を担持固定させてなることを特徴と
    する光触媒。
JP4196910A 1992-07-23 1992-07-23 光触媒 Withdrawn JPH0639285A (ja)

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