JPS60434B2 - 水素発生方法 - Google Patents

水素発生方法

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JPS60434B2
JPS60434B2 JP58042509A JP4250983A JPS60434B2 JP S60434 B2 JPS60434 B2 JP S60434B2 JP 58042509 A JP58042509 A JP 58042509A JP 4250983 A JP4250983 A JP 4250983A JP S60434 B2 JPS60434 B2 JP S60434B2
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JP
Japan
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electrode
hydrogen
polymer
cathode
metallocenophane
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JP58042509A
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JPS58224190A (ja
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アデル・アイ・ナザル
ウルリツヒ・テオド−ル・ミ−ラ−−ベステルホフ
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50Processes
    • C25B1/55Photoelectrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の分野〕 本発明は、光を用いて水から水素を発生させる方法に係
り、更に具体的に云えば、特別な処理を施された陰極を
用いて酸を含む水に電流が流される上記方法に係る。
〔従来技術〕
水素を発生させるために水を電解することは、極めて古
くから知られている。
本発明の方法は遷移金属のメタロセノフアン(meta
llMenopha艦)化合物(連結された2つのメタ
ロセン(metallocene)を含む化合物)を用
いている。
それらの形成については、文献に記載されており、その
ような材料に関するイb学については、“Chemic
al and Engmeering News’’、
1982王3月1日版の第23頁以降に於て論じられて
いる。しかしながら、それらの化合物を陰極に結合させ
るために重合体を用いることについては、従来に於て、
何ら開示されていない。〔本発明の概要〕 本発明の方法に於ては、酸を含む水の電解によって水素
が発生される。
その陰極は、後述される如く、特別な処理を施された半
導体であり、該陰極は動作中光に対してさらされる。こ
の方法は、その光が太陽光である場合に、特に重要であ
る。本発明の方法に於ては、遷移金属のメタロセノフア
ン化合物を陰極に結合させるために重合体が用いられる
。それらの好ましい遷移金属は、コバルト、ルテニウム
、及び特に鉄である。最も好ましい化合物は、〔1・1
〕フェロセノフアンである。本発明の方法に於ては、陰
極は半導体でなければならない。
最も好ましい種類の陰極は、p型シリコンから形成され
たものである。例えばlnpの如き他の半導体も用いら
れ得るが、経済的でありそして入手し易いという理由か
ら、p型シリコンの半導体が特に好ましい。p型シリコ
ンを光電陰極として用いることにより、300のV以上
のアンダー電位に於て触媒量のメタロセノフアンを含む
三弗化側素化物(戊rontr正luoridehyd
raに)の如き酸から水素が発生され得る。
これは、その電極の電位が白金の如き金属電極上に水素
を発生させるために必要とされる電位よりも300mV
以上も正であることを意味する。この方法に於ては、水
素はメタロセノフアンと酸との反応に於て発生される。
即ち、メタロセノフアンは上記反応によってそのジカチ
オンに酸化され、それから半導体表面に発生される電子
によって再び中性のメタロセノフアンに還元される。メ
タロセノフアンが存在していない場合は、極めて負の電
位に於ても、又照射されても、水素は三弗化棚素水化物
から発生され得ない。これは、すべての水素発生反応に
於てシリコンが高いオーバー電位を有することによるも
のである。メタロセノフアンの触媒は不可欠である。本
発明の方法に於ては、その触媒は、重合体によって、半
導体の陰極の表面に付着される。この付着は、表面に高
濃度の触媒を与え、又半導体を電解質による表面安定化
及び浸食から保護するという利点を更に有している。本
発明の方法によって、燃料として後に用いられるために
貯蔵され得る水素を得ることが可能である。
電解中に、電気的ェネルギが上記の系に加えられる。し
かしながら、そのェネルギ量は、重合体で修正されたシ
リコン電極の代りに白金の如き金属電極が用いられた場
合に必要とされる量よりも少ない。その差は、陰極を照
らす光のェネルギによって供給される。従って、本発明
の方法は太陽光の如き光のェネルギを水素の形で貯蔵さ
れた化学的ェネルギに変化させる方法である。本発明の
1好実施例に於ては、〔1・1〕フェロセノフアンのカ
ルボアニオンのリチウム塩がクロルメチル・ポリスチレ
ンと反応されて、重合体(クロルメチル・ポリスチレン
)に結合された〔1・1〕フェロセノフアンが形成され
る。この重合体に結合された〔1・1〕フェロセノフア
ン材料は、種々の有機溶媒中に可溶であり、それらから
濠簿、回転被覆及び同種の方法により半導体表面上に付
着され得る。この様に重合体(クロルメチル・ポリスチ
レン)に結合された〔101〕フェロセノフアン材料が
付着されたp型シリコンの光導電体は、白金電極を参照
電極として450のVのアンダー電位に於て、三弗化棚
秦水化物から水素を発生させる。このアンダー電位は太
陽ェネルギを電気的ェネルギに変換させるェネルギ利得
を示し、それによって電気的ェネルギが後に燃料として
用いられる水素の形のェネルギに直接変換される。正味
の電力密度利得として測定される最大効率は8.6%で
ある。最も重要な点は、修正された電極の寿命が著しく
延長されることである。キセノン・アーク灯を用いて数
日間に亘って連続的に照射が施されても、水素発生効率
の低下は何ら観察されていない。最も驚くべき点は、水
素の発生が三弗化棚素水化物の如き強い酸に限定されな
いことである。
塩化水素酸及び過塩素酸の如き希薄な酸に於ても、水素
の発生が相当なアンダー電位(200乃至250のV)
に於て観察される。メタロセノフアン化合物が重合体に
よって陰極の表面に付着されるということは、メタロセ
ノフアン化合物が重合体と化学的に反応する状態及び該
化合物が重合体中に物理的に分散される状態の両方を意
味している。
それらの両方の場合に於て、重合体は有機金属化合物を
陰極に付着させる様に働き、それによって触媒作用を増
加させ、又動作中に陰極が劣化しない様に保護する。電
極の形成 1乃至100肌の抵抗率を有する、棚素をドープされた
p型単結晶シリコン・ウェハが電極の形成に用いられた
その裏側に、5000△のAIが蒸着されて、オーミッ
クス接点が形成された。上記ゥェハが約5×7肋の部分
に分割され、その裏側にシルバー・ェポキシ(銀を含む
導電性接着材)を用いて銅のワイヤが取付けられた。使
用される前に、その電極が表面酸化物を除去する清浄化
のために濃い弗化水素酸で1の砂間食刻され、水洗いさ
れて、乾燥された。後述の如く形成されるテトラヒドロ
フランで希釈された遷移金属のメタロセノフアン化合物
を含む重合体の溶液中に電極を浸潰しそして乾燥するこ
とによって、その重合体が電極に付着された。水素発生
反応が遷移金属のメタロセノフアン化合物を含む重合体
の付着された電極の面においてのみ発生するように、電
極のそれ以外の部分と水溶液との接触を防ぐため、銅の
ワイヤの端部及び電極の重合体が付着された面を除いて
、すべての電極表面がろう及びポリ(ポルフルオルェチ
レン)の管で絶縁された。重合体の形成 遷移金属のメタロセノフアン化合物を電極に付着させる
ための、遷移金属のメタロセノフアン化合物を含んだ重
合体は、テトラヒドロフラン中でリチオフエロセノフア
ンをポリ(クロルメチルスチレン)と反応させることに
よって形成された。
その重合体は、クロロホルム/へキサンからの沈殿を反
復的に行うことによって、精製された。光電気化学的構
成標準的な3つの電極を有する電気化学セルが用いられ
た。
ptのワイヤが対向電極として用いられ、飽和カロメル
電極(SCE)が標準とされた。電位は、SCEに対し
て十0.5Vから−0.6V迄、毎秒50乃至100の
Vの速度で走査された。小さな領域上に2.5ワット/
地の強度の光を供給し得るキセノン・アーク灯が光源と
して用いられた。実施例 1 前述の如く遷移金属のメタロセノファン化合物を含んだ
重合体が付着され且つ電極の他の部分を覆う絶縁材に覆
れないように処理された0.16流の露出面を有する電
極が、HBF30日で満たされた電気化学セル中に配置
された。
暗い所では、SCEに対して十0.5乃至一0.6Vの
電位に於て、電流は何ら生じなかった。電極の面を光で
照らしたとき、一0.6Vに於て小さな電流(〜0.1
のA)が流れた。15分後に、その電流が1.5mAに
増加し、4.虫時間後にアンダー電位が420のVにな
りそして飽和電流が−0.6Vに於て36mAになる迄
、増加し続けた。
30のA及びSCEに対して−0.5Vに於ける最大電
力密度利得は、870のw′c杉の光の強度を用いて8
.6%であり、最大に於てアンダー電位が400のVで
あった。この電極は、電流又はアンダー電位の低下を生
じずに2餌時間の間連続的に動作した。
実施例 2 用いられたシリコンが露出された(111)面及びIQ
伽抵抗率を有した他は実施例1の場合と同機であった。
より薄い重合体の被膜が用いられた。購い所に於ては、
電流は何ら流れなかった。
雷極が光で照らされたとき、一0.6Vに於て1.5肌
Aの飽和電流が観察された。IQ分後に、電流が2凧A
に増加した。1時間後には、一0.6Vに於ける電流は
5.5仇Aであり、100mAのアンダー電位が観察さ
れた。
一晩動作された後、飽和電流は17肌Aであり、400
のVのアンダー電位が観察された。この電極は、120
時間の間連続的に動作された。
そのとき、飽和電流は一0.6V‘こ於て13.5のA
であり、アンダー電位は200のVであった。実施例
3電解質としてIMのFBF4が用いられた他は、実施
例1の場合と同様であった。
2時間後に、250のVのアンダー電位が得られた。
この電極はアンダー電位に於て何ら損失を生じずに、一
晩中安定であった。実施例 4 電解質としてIMのHCI/2 MのKCIが用いられ
た他は、実施例1の場合と同様であった。
−晩の後に300mVのアンダー電位が得られた。分割
されたセルを用いていなかったので、電極は、2独特間
の間連続的に動作された後、対向電極に生じた塩素ガス
の濃度の増加によって劣化し始めた。実施例 5 電解質としてIMのHCI04/2MのNaCI04が
用いられた他は、実施例1の場合と同様であった。
一晩の後、300のVのアンダー電位が得られた。この
電極は、3畑時間の闇、動作に於て何ら損失を生じなか
った。上記電極が太陽の光にさらされたとき、キセノン
・ァーク灯の場合と同一のアンダー電位が得られた。
太陽光が手に持ったレンズで上記電極上に篤結されたと
き、装置の限界以上に電流が増加した。実施例 6 S俵面上に1−メチル‐12‐ビニルーフェロセノファ
ンをプラズマ重合させることにより、被膜が形成された
その被膜は50ム仇の厚さを有した。電解質としてHB
F30日が用いられた。3日間動作された後、この電極
は450mVのアンダー電位を得た。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 光が照射される半導体陰極を用いて、酸を含む水に
    電流を流すことにより水素を発生させる方法に於て、遷
    移金属のメタロセノフアン化合物を重合体により陰極表
    面に付着させた上記陰極を用いることを特徴とする、水
    素発生方法。
JP58042509A 1982-06-21 1983-03-16 水素発生方法 Expired JPS60434B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/390,085 US4379740A (en) 1982-06-21 1982-06-21 Photoassisted generation of hydrogen from water
US390085 1982-06-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58224190A JPS58224190A (ja) 1983-12-26
JPS60434B2 true JPS60434B2 (ja) 1985-01-08

Family

ID=23540987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58042509A Expired JPS60434B2 (ja) 1982-06-21 1983-03-16 水素発生方法

Country Status (4)

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US (1) US4379740A (ja)
EP (1) EP0097218B1 (ja)
JP (1) JPS60434B2 (ja)
DE (1) DE3366716D1 (ja)

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Also Published As

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EP0097218A1 (en) 1984-01-04
DE3366716D1 (en) 1986-11-13
JPS58224190A (ja) 1983-12-26
US4379740A (en) 1983-04-12
EP0097218B1 (en) 1986-10-08

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