JPS6099341A - 光変換機能材料 - 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】 新しい水素製造法として、半導体を粉末状あるいは電極
に用いて水等を光分解する方法が提唱され、近るト人陽
エネルギーを利用して化学エネルギーに変換する神々の
方法が試みられている。その代表的な例として°１’：
Ｌ０２が良く知られている。これを板状にして光電池を
造るかまたは粉末を水溶液に懸濁させて光照射すると水
の光分解が起こることが発見されて以来、多数の半導体
について、結晶、す°ム結体めるいは粉末で調べられて
いる。しかしながら効率の良い材料は、溶液中で溶は易
く、高価でかつ長期間の使用に耐えない欠点がある。

安価で溶液中で安定な酸化物は、一般に品抵抗でかつ物
性上の制約により、一般的に短波長（グ００ｎ７７２以
下）の光吸収であるため、太陽ヌベク）／しのエネルギ
ー分布に照合した場合、光のエネルギー分布の低い波長
領域で仕事をしなければならないので効率が悪い。

本発明は、上述した欠点を克服する目的で、光変換機能
を有する導電性の酸化物粉体および焼結体を開発し、こ
れが光による水の分解機能、光起電力発生機能等々の機
能を有することを確π１１．シ、それらの機能の活用の
可能性を実証しだものである。

本発明の素利け、α−ｆ！’ｅ２０＋　’ｋ　ＥＥＬ体
しして、これに１°１、Ｓｒ１の少なくとも一つ全固溶
させてｒｌ型の半導性を付与した粉体である。この粉体
の焼結体の焼結度、Ｘ線回折による結晶構造の確認、抵
抗測定、組成分析、光の吸収端、光の応答性および光電
池の特性等について調べた結果、光変換機能利本１とし
であるいは表面抵抗の変化が大きいのでガスセンサー、
光センサーのＪ＝Ｊ料にも使えることが明らかにされた
。また粉末については、平均わ’ｔ、ｒ径が約０．　／
　／７７８以下の微粒子であることを測定した。この粉
末にＰｔ、Ｎｉ、、ＧＯ’４１の水素や酸素に対する過
電圧の小さい元素を添加して得られる粉体を水溶液中に
＋ｇ燭させて光照ａ＝１すると光励起によって粒子の表
面エネルギーが変わり、光触媒の機能を発現させること
ができた。例えば、水とメタノールの等量の混合溶液中
にこれらの微粉末を懸濁させて光照ルｊすると著しく微
細な気泡が発生し、メタノールが水素と炭酸ガスに分解
する触媒作用があることを確認とだ。

本発明の内容を、ａ　−Ｆｅ、、０３（！；　ｍｏ工％
　Ｓｒ＋Ｏｚ）を代表的な例としてとりあげ、実施例／
〜３で具体的に述べる。

実施例／　光応答性と光電池の特性 Ｐｔ、　ｌ　Ｏ，３Ｍ　Ｈ２ＳＯ４１ａ　−Ｆｅ２Ｏ３
ノ光電池を造り、飽和カロメル′亀池を電解質液中に挿
入して、作用’ｔｌｆ　ｍ　ｆあるｎ型ｔｙ）　ａ　Ｆ
ｅ２０ａ　（−！；％５ｎ０２　）半導体焼結電極との
間の光起電力および対極のＩ−’ｔとα−Ｆｅ２０３’
ｈとの間の起電力を暗時と光照射時（ｓｏｏｗキセノン
ランプ）で測定した。作用極のα−１０２０３表面はな
ｆｔｔ器で研磨し、その表面に何もコーティングせずに
光照射した。反対側の表面にはメッキ用マスク剤を塗イ
」シた。光起電力効果によって生ずる発生電圧の波形と
大きさおよび応答性を図／に示した。試料表面の状態に
より波形と大きさは同一試料でも異るが、最大０乙■の
電圧が発生した。光電池の出力を図２に示す。光電池の
光変換効率はフィルファクターを０５とすると約０５７
％になる。

なお、５ｒｉＯ２、工Ｔｏ　、　Ｓｉ３Ｎ４等の光吸収
係数の大きい薄膜を表面にコーティングすることによっ
て、変換効率をあげることができる。

なお、ａ　−Ｆｅ２Ｏ３（！ｉ％５ｎＯｚ　）は、図／
のように光に対する応答性は焼結体にしては極めて良く
、波長＜ｔ４ｔｏ〜！　ＯＯｎｍの光を良く吸収する。

光）起による抵抗変化が著しく大きく、光強度丼６００
０ルタスのとき／　ｇ　Ｙ　ｋＡＪ　（パルりの抵抗）
、／２００００／ｖクスのと＠／ＺりにΩであり、光強
度と抵抗値の灰化をノＪりす度合をｒ＝（土０（’：Ｊ
：？Ａ−上ｏｇＪ（＋＋　）／　（土ｏＢ　ＩＪＡ−土
０３Ｌｕ）の関係からめると約Ｏｇであり、市販の光セ
ンサーに用いられているＡＡ　Ｉ＋に匹敵する。Ｒ１，
およびＬ（Ｂは光強度ＩＪＡおよび１ｕｌｌに対応する
抵抗値である。これらの諸事実は、光センサーの利料に
なりうることを示唆する。

実施例２　光触媒作用 蒸留水７０ωとメタノ−１ｖ　／　ＯＣＣの混合溶液中
＜’８器２３ｃｒ−メスシリンダー）に約１００ダのｒ
ｘ　−Ｊｉ’ｅ２０３−　５　ｒｌｌｏｉ％ＳｎＯ□−
／　Ｏｍｏ１％ＰｔＯ２の粉末を懸濁させ、暫らく放置
して気泡（空気）が無くなってから、５′ｏｏｗのキセ
ノンランプを使って光照射した。光照射してから数分後
、拡大鏡を使わないと見えないほどの徽細な気泡が著し
く発生し、１１（１射を中止するとこの気泡は観察され
なくを なった。この操作１回繰返えし行ない同様の現象に起こ
ることを確認した。これは、励起状能り坊ズ。

ＣＬｉ２Ｏｋ（−１−Ｈ２０→ＣＣ）；＋−＋−３Ｈ□
の反応が起こり、１■２とＣＯ２に光分解されたためで
、ＣＯ２の発生はＢＬＬＣ土２を検欧中に添加して溶液
が白濁することで４ｉｆｌ舌認した。

実施例３　ガスセンサーの試験 ７３００°Ｃで７時間焼結させて造ったα−Ｆｅ２ｅ５
−３％５ｒｌＯ２の焼結体（０，３ｘ　Ｏ６Ｘ　、２ｏ
ｎの長方体、比抵抗０２Ω・ｃｍ　）の両端に白金リー
ドを白金ペーストで取（＝１け、ガスの出入１−１ヲ備
えた図３に示したテレックス反応管（３ＣＩｎφｙ、３
０ｃｍ）中に固定して、ニクロム電気炉により試１１’
ｌヲ３００〜４１ｏ　ｏ　”ｃに加熱した。検温はＰｔ
−Ｐ訃Ｅ？ｈ熱電対によった。検出セルと測定回路を図
３（Ａ）及び図３　（ＪＪ）に示した。

焼結体素子の表面に吸着している非検出ガス成分を脱着
するため、素子を３００°Ｃに加熱し反応管中に置床ガ
スを流した。しかる後、アルゴンガス中に混合した初期
濃度既知の検出ガノー酸化伏累、ソ°ロパンｋｐｍ当な
濃度にアルゴンガスで希釈度範囲で化！：吸１ｉｆのノ
ド動について調べた。検出ガスに用いたへ工′中のＣｏ
、Ａｒ中のＣｌ４３Ｃｆ１２ＣＨ３のガスａ３浅（円１
１１１）は北用式ガメ４つミ知冊と検知管でめた３、２
（・２子抵わＬ比（Ｊ：＜　／　Ｊ、−１ｔ＋　）とガ
ス濃度との関係勿３００　にの場合について図りに示し
た。Ｇｏおよび（汁、（用。ＣＩ＋、、ともそれぞれお
おむね５００〜／　５００田川ｌの濃度；作曲で直線関
係ｉ　７ｊスした。ここで用いたａ−丁’ｅ２０３−　
ｊ’％５ｎ０２のような電気体ｉ＋阜良変化を利用する
表面制御またはバルク制御型のｎ　ｊ（：］の酸化物゛
１へ導体は可燃性ガスを一般に良く吸ＩＩ“するので、
例証したガスの他に０２Ｈ２、Ｃ２１−ｉ４．１１２も
検出できる。

実施例／〜２で述べたように焼結性の良い導電１ど１酸
化物゛１′導体（酸化鉄−３ｒｔ０２またはＴ：ｈ０２
）あるいｔ、１、粉体（Ｌ、光変換機能を有するが、こ
とにα−ＩＩ’　（１２０Ｘ＋はバンドギヘ１ツブエネ
ルギ−であり、明視光の３　３　０　ｎｙｔｘ以下の波
長を吸収することがＬｉ　ｌｆｌｇであるので自然光を
利用する場合、太陽Ｊー子ルギー分イ１１と１！ζ（合
すると非常にイ〕利な条ｊｌｉｌ’ｌ”ｘ　＋！１１１
えている。しかも１請焼Ａ（青）Ｗで抵１元が小さいの
でゞ ため高い導電率を保有しているｌｆ，利用によるエネル
ギー損失が小さい上に、他の利用と比べる利用にも使え
ることも判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は光照射したときの光起電力効果による同一試料
における発生電圧の波形、第２図はα〜Ｆ’ｅ２０３ｊ
　ｒｒｌＱ］−％ＳｒＩ０２を光電極に用いた光電池の
電池出力、第３図（Ａ）は検出セＩし、第３図（Ｊ３）
は測定回路、第り図はａ　−　Ｆｅ，、Ｏ．、　−　３
　ｍｏ１％Ｓ　ｎ　０２をセンサー素子に用いたときの
ガス濃度と素子抵抗比（　Ｒｏ　：　３　０　０°Ｃに
おける素子抵抗、１９：ガス雰囲気中の素子の抵抗）と
の関係。 図中、Ａは熱電対、ｊ３は白金リード線、Ｃは試料台、
Ｄはガス人口、Ｅは電池、ト）′はガス出１」、丁゛ハ
コツク、Ｇはパイレックス管、Ｓｌｄセンサー素子、■
はアンメーター、■はボッ叫メーター、Ｐは白金ペース
ト、Ｒは抵抗である。 第２図 第３図 第ｑ目 ０５θθ１０００　１５００　１７（ＡＪ　Ｊ　（ＰＰ
Ｐｎ） 手続補正書（方式） ％式％ ２　発１男の名イ）１％ 酸化鉄系粉体および焼結体ケ光変換機能拐として利用す
る方法 ３　補ｉ１：、をする者 中性との関係　特、／１出願人 グ　（１１定代理人 、乙　補正の対象　図　面 Ｚ　補止の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. α−Ｆ’ｅ２０３　ｆ：１４）　ＪＡにして、これにＴ
   １またはＳｎの少なくとも一種を固溶させて半導性を付
   与した粉体か焼結体を、光変換機能材ならびに素子（光
   センサー、ガスセンサー）もしく　は触［（ｍ体、光触
   媒）に利用する方法。