JPS58125601A - 水の分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水を酸素ガスと水素ガスに分解して分離捕集す
る方法に係り、特に半導体を触媒として水を光エネルギ
ーにより分解する方法に関する。

発明の技術的背景とその問題点 石油、石炭ガどいわゆる化石燃料の枯渇化により、近年
新しいエネルギー技術の開発が求めラしている。今日考
えられているいくつかノ新エネルギー＝のうち水素は次
の点で有効である。

■水を原料とする場合、資源上の制約がなく、しかも地
域による偏差がない、■燃焼生成物が水であるためクリ
ーンで公害を発生し７ない、■地球の物質循環サイクル
を乱さない、■貯蔵が比較的容易である。これら種々の
利点から水素が容易に且つ安価に製造できるようになれ
は現在のエネルキ゛−問題を解決できる有力な手段と寿
ることができる。

水からの水素製造の新たな方法として、半導体の微粒子
を水溶液中に懸濁し５、この微粒子に光を照射すン・こ
とにより水の分解を行ない、酸素と水素とを生成させる
ことが可能であることが報告されでいる。捷た半導体粒
子の一部に白金を付着することにより、半導体粒子単独
の場合よりも水素発生効率が向上することも最近間らか
になってきた。

この半導体粒子による水分解の機構は第１図に示すよう
に半導体の光局部電池機構によるものと推定されている
。すなわち、光Ｉにより半導体粒子２の表面において電
子ｅ−−正孔り十対が生じ、生じた正孔ｈ＋ＶＣより水
を酸化させて酸素ガスが発生する。他方、分離した電子
ｅ−ｉｊＸ他の半導体表面ＶＣおいて水素イオンＩ］十
を還元して水素ガスを発生させるというものである。

この上うガ半導体粒子による光エネルギーの水素エネル
ギーへの変換は、従来の本多、藤島により提案された半
導体電極反応の利用による水分解（Ｎａｔｕｒｅ　、　
２３８巻、３７−々−）（１，９７２）　）と比較して
′ば気的装備は全く不要なので装置が極めて簡単である
という利点がある。

しかしながら、一般に安定な半導体からなる触媒は、バ
ンドギャップが犬きく、例えばＴｉＯ２などでげ通常３
ｅＶ以−ヒの光にのみ反応するため太陽光のような可視
領域に大きなスペクトル強度を持つ光を利用する場合、
光の利用効率が制限される。また半導体微粉末をそのま
まの形で工業的な規模での水の分解に使用する場合にｄ
微粉末の均一な分散やその回収に際して大きな困難を伴
なう−１−１生成された酸素ガスと水素ガスとが混合し
て得られるたｙ〕、その分離装置が別に必要になるなと
σ）問題があった。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題点に鑑みなされたもので、可
視領域の光に１り水の分解が可能で水素の発生開も多く
、しかも増感剤を半導体触媒に固定した分解膜を用いて
酸素ガスと水素ガスとの分離捕集を行なえると共に、作
業を容易にして工業的規模での水素ガス生成を可能にし
７た水の分解方法を提供するものでおる。

以下本発明方法を詳細に説明する。

本発明においで用いる分解膜はｂ］視および／又は紫外
領域の光により励起される半導体、もしく―゛半導体の
片面に金属を複合した一複合体から成る板状又は膜状を
なす触媒膜の、該金属が設けられていない片面に、該半
導体よりも低エネルギー側の光により励起可ｕＬな有機
物より成る色素もしくは金属錯体などの増感剤を、電子
の伝達が可能なように固定化したものである。

本発明において述べる「励起」とは半導体もしくは増感
剤寿どが光照射によりエネルギーを受け、その価電子帯
もしくは基底状態の電、子が伝導帯もしくは励起状態に
遷移することをいう。

本発明において使用される半導体としては、可視および
／又Ｉｌｉ紫外領域の光により励起され５− るものであれば何れのものでも良い。通常は金属酸化物
、金属硫化物、金属リン化物、金属砒化物、金属セレン
化物又は金属テルル化物から選ばれた１種もしくは２柚
以−ヒのものから成るものであり、例えばＴｌＯ２，５
ｒＴｉ０２　＋ＺｎＯ，Ｆ’ｅ２４０３　＋ＣｄＳ、Ｃ
ｄＳｅ　、ＣｄＴｅ、ＣａＰ、ＣａＡｓ　、　ＩｎＰ、
ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等が誉げられる。

１だ前記半導体の月面に複合する金属としては、特に良
金属が好捷しいが、他のものでも可能である。これらの
例としては、白金（ｐｔ）、・母うソウム（Ｐｄ）、ロ
ソウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニック−ル（Ｎ
１）等がある。

本発明において有機物より成る色素としては、例ｔ　ハ
ロースヘンガル、シアニン、メロシアニン、フェノチア
ジンなどが用いられ、また金属錯体としてはルテニウム
錯体、ロソウｊｘ　ｍ　体、タングステン錯体などが挙
られる。

触媒膜の形成は板状捷たは膜状をなす半導体、もしくは
半導体の片面に金属を化学的又は電気的に薄くメッキし
て付着させた複合体の、金属６− が設けられていない片面に、有機物より々る色素も（、
＜は金属錯体などの増感剤を共有結合等によす電子の伝
達が可能なように固定されている。

触媒膜（ｊ増感剤を設けた片面側を光の照射面とじで水
又は水を土成分とする水溶液中に浸漬させて、尤の照射
を行なうが、水溶液中に酸化促進剤を溶解ないし分散さ
せると、更に反応が効果的に進行する１、この酸化促進
剤としては水の酸化過電圧が低い絶縁体が灯−チしく、
例え−ば酸化〕（テニウムあるいは酸化インジウム等が
挙げられる。

次に本発明による水の分解原理を第２図を参照１７て説
明する。

本発明の分解膜３を、酸化促進剤４が分散し７ている水
溶液５中に浸漬して、増感剤６を共有結合により固定し
た片部側から光１を照射する。

光１の照射により増感剤６は励起されて電子ｅ−ど正孔
り十が生成される。生成された電子ｅ−は触媒膜ど々る
ヰ導体Ｚ内の伝導帯を通過して裏側の金属８−１達し、
ここで金属８の触媒作用により水中の水素イオンＨ十か
ら水素ガスｆ（２を発生する。一方、増感剤６で生成さ
れた正孔ｈ＋は水溶液５に分散している酸化促進剤４の
触媒作用により水を分解して酸素ガスｏ２を発生する。

水素ガスと酸素ガスとは分解膜３を隔てて、その両側で
別個に発生するため夫々分離捕集することができる。

なお本発明において使用する光源は、可視および／又は
紫外領域の波長の光を発し、増感剤を励起するに足るも
のであれば何れでも使用可能であるが、工業的利用の上
から可視光を中心として持つ太陽エネルギ゛−を利用す
ることが、コストの点から安く好ましい。

発明の実施例 次に本発明の実施例を第３図を参照して説明する。

光反応槽９は、その」二面が両端側を除いてガラス等の
光透過性材料１ｏで覆われ、その上面片端側に酸素ガス
排出口１１、上面他端（Ｉｌｌ　ｖｃ水素ガス排出口１
２を設けると共に、側面に・ぐルブ１３を有する水溶液
導入管１４が設けられている。

光反応槽９の内部には、増感剤を設けた側を」二面に［
７た分解膜３が、支持枠１５に取付けられて斜めに設置
され、水溶液５中に浸漬［７ている。

前記分解膜３は厚さ０５■の二酸化チタン板の裏面に白
金層を塩化白金酸溶液中で光照射［〜て０１重量％付着
させた触媒膜の表面を塩酸処理１７た後、リガン１゛の
一つのビビリノル基に側鎖としてトシル基を導入したト
リス−（２、２’　−ビビリノル）ルテニウム錯体と反
応させることにより半導体の表面に錯体を導入したもの
である。

捷だ水溶液５中にげ粒径約１μｍの二酸化ルテニウム粉
末を分散させたものを用い、この水溶液５中に浸漬［−
７た分解膜３に５００Ｗの超高圧キセノンランプを用い
て室温で光照射した。

この結果１０時間で分解膜３の１Ｍ当り、９− ０５μｍｏｌの水素ガスが発生し、酸素ガスと分離捕集
することができた。これは増感剤を設けず半導体と金属
だけを複合した分解膜を用いた場合に比べて水素ガス発
生ｌ−は触媒重鼠当りほぼ６倍であった。

なお上記実施例では分解膜３を光反応槽９内に傾斜して
設置した場合について示したが、光の照射方向によって
はほぼ水平、又は垂直に設置しても良い。

発明の詳細 な説明した如く本発明に係わる水の分解方法によれば可
視領域の光によ０水の分解が可能で水素の発生量も多く
、［７かも増感剤を半導体触媒に固定した分解膜を用い
て酸素ガスと水素ガスとの分離捕集が行なえると共に、
作業を容易にして工業的規模での水素ガス生成を可能に
できるなど顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体粒子の触媒作用により水を分解する原理
を示し７た説明図、第２図は本発明カー＋（］− 法により水を分解する原理を示した説明図、第３図は本
発明の一実施例による水分解装置の断面図である６゜ １・・・光、２・・・半導体粒子、３・・・分解膜、４
・・・酸化促進剤、５・・・水溶液、６・・・増感剤、
７・・・半導体、８・・・金属、９・・・光反応槽、１
０・・・光透過性材料、１ノ・・・酸素ガス排出口、１
２・・・水素ガス排出口、１３・・・パルプ、１４・・
・水溶液導入管、１５・・・支持枠。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦１１− 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　可視および／又は紫外領域の光により励起さ
   れる半導体、もしくは半導体の片面に金属を複合した複
   合体から成る板状又は膜状をなす触媒膜の、該金属が設
   けられていない片面に、該半導体よりも低エネルギー側
   の光により励起可能な有機物より成る色素もしくは金属
   錯体などの増感剤を固定化して分解膜を形成し、この分
   解膜を水中に浸漬して、該増感剤側に光を照射して酸素
   ガスを生成すると共に、他面側で水素ガスを生成し、分
   解膜を隔てて酸素ガスと水素ガスとを分離捕集すること
   を特徴とする水の分解方法。
2. （２）半導体が金属酸化物、金属硫化物、金属リン化物
   、金属砒化物、金属セレン化物又は金属テルル化物から
   選ばれた１種もしくは２種以上のものから成る特許請求
   の範囲第１項記載の水の分解方法。
3. （３）半導体の片面に複合する金属が白金、パラジウム
   、ロジウム、ルテニウム又はニッケルから選ばれた１種
   もしくは２種以上のものから成る特許請求の範囲第１項
   記載の水の分解方法。