JPS6328895A - Oxidation-reduction method and diaphragm type photoelectrochemical device - Google Patents

Oxidation-reduction method and diaphragm type photoelectrochemical device

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JPS6328895A
JPS6328895A JP61171160A JP17116086A JPS6328895A JP S6328895 A JPS6328895 A JP S6328895A JP 61171160 A JP61171160 A JP 61171160A JP 17116086 A JP17116086 A JP 17116086A JP S6328895 A JPS6328895 A JP S6328895A
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JP
Japan
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diaphragm
oxidation
reduction
photoelectrochemical device
type
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JP61171160A
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Japanese (ja)
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Kinji Onoda
金児 小野田
Yasukiyo Ogose
生越 安清
Shoichiro Izumi
生一郎 泉
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SHIKEN KK
Original Assignee
SHIKEN KK
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H01M14/005Photoelectrochemical storage cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
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Abstract

PURPOSE:To carry out oxidation and reduction at a low cost with light as an energy source without requiring a power source by projecting light on a semiconductor in a diaphragm which divides an electrolytic soln. into two parts so as to separately cause oxidation and reduction reactions in the two parts of the electrolytic soln. CONSTITUTION:An electrolytic cell 4 is partitioned into an oxidation cell 4a and a reduction cell 4b with a diaphragm 2 contg. a semiconductor 1 made of an N-type semiconductor 1n and an electrolytic soln. 3 in the cell 4 is divided into two parts. Light from a light source 9 is projected on the contact interface 5 between the semiconductor 1 and the electrolytic soln. 3 to produce excited electrons e<-> and positive holes h<+> by light excitation. The positive holes h<+> cause an oxidation reaction with the electrolytic soln. 3a in the oxidation cell 4a. The excited electrons e<-> transfer to the rear side of the diaphragm 2 along an electric potential gradient in the diaphragm 2 and cause a reduction reaction with the electrolytic soln. 3b in the reduction cell 4b. The diaphragm type photoelectrochemical device requires no electric energy and can be utilized for producing gaseous hydrogen at a low cost at a remote place.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光エネルギーを化学的エネルギーとして変換
利用した湿式の酸化還元方法と、この酸化還元方法を種
々の用途に応用する技術に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a wet redox method that converts and utilizes light energy into chemical energy, and a technique for applying this redox method to various uses.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電解液内で酸化・還元反応を行わせることは、従来より
メッキ、金属精製、表面処理あるいは水素の製造や各種
化合物の電解合成の分野でなされている。
Oxidation and reduction reactions in electrolytes have been conventionally carried out in the fields of plating, metal refining, surface treatment, hydrogen production, and electrolytic synthesis of various compounds.

ところで、一般に電解液内で酸化・還元反応を生起させ
るにあたっては、電解槽の一端部に陽極板を配置すると
共に電解槽の他端部に陰極板を配置し、そして両極板間
に電圧を印加することにより、陽極板付近で酸化反応を
生起させると共に陰極板付近で還元反応を生起させるよ
うにしている。
By the way, in order to cause an oxidation/reduction reaction in an electrolytic solution, generally, an anode plate is placed at one end of the electrolytic cell, a cathode plate is placed at the other end of the electrolytic cell, and a voltage is applied between the two plates. By doing so, an oxidation reaction is caused near the anode plate, and a reduction reaction is caused near the cathode plate.

〔発明が解決しようとする開題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

しかしながら、上記したように、酸化・還元反応を生起
させるには、多量の電気エネルギーを必要とし、またそ
れに伴ってランニングコストや設備費等も高(つ(とい
う問題を有していた。
However, as mentioned above, a large amount of electrical energy is required to cause the oxidation/reduction reaction, and the running costs and equipment costs are accordingly high.

本発明は上記の実情に鑑みてなされたものであって、第
1の目的とするところは、太陽エネルギーをはじめ目的
に応じたすべての波長の光をエネルギー源とすることに
よって従来のように電気エネルギーを必要とせず、また
ランニングコストや設備費等を低減できる酸化還元方法
を提供することにあり、また、第2の目的とするところ
は、上記酸化還元方法を応用して、メッキ、水素ガスの
製造、物質の定量、電池、光合成、廃液処理、殺菌、医
療器具等各種分野に利用できる隔膜式光電気化学素子を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its first purpose is to use solar energy and other light of all wavelengths depending on the purpose as an energy source to generate electricity as in the past. The purpose is to provide an oxidation-reduction method that does not require energy and can reduce running costs and equipment costs.The second purpose is to apply the above-mentioned oxidation-reduction method to plating, hydrogen gas, etc. The object of the present invention is to provide a diaphragm-type photoelectrochemical device that can be used in various fields such as production of substances, quantitative determination of substances, batteries, photosynthesis, waste liquid treatment, sterilization, and medical instruments.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

すなわち、本第1発明に係る酸化還元方法の特徴構成は
、半導体を有する隔膜にて電解液を分離し、前記半導体
の電解液との接触界面に光を照射して、一方の電解液内
で酸化反応を生起させるとともに、他方の電解液内で還
元反応を生起させることにあり、その作用及び効果は次
の通りである。
That is, the characteristic configuration of the redox method according to the first invention is that an electrolytic solution is separated by a diaphragm having a semiconductor, and light is irradiated to the contact interface between the semiconductor and the electrolytic solution, so that the electrolytic solution in one of the electrolytic solutions is removed. The purpose of this method is to cause an oxidation reaction and a reduction reaction in the other electrolyte, and its functions and effects are as follows.

〔作 用〕[For production]

前記隔膜として例えばN型半導体を用いた場合について
説明すると、半導体のフェルミ準位と電解液の酸化還元
電位の差によって、半導体の電解液との接触界面部分で
5chottky障壁を生じ、隔膜内部にむかって電位
勾配すなわちバンドの曲がりを生じて、空間電荷層が形
成され、エネルギー的に平衡を保つようになる。この状
態のN型半導体に光照射がされると、光励起されて伝導
帯に励起電子(e−)を、価電子帯に正孔(h゛)を生
じる。この励起電子は、空間電荷層の電位勾配によって
、隔膜内部へ、さらに裏側へと移動し、裏側の溶液と還
元反応を生起させる。同時に、光照射面に生じた正孔は
、光照射側の溶液と酸化反応を生起させることになる。
For example, when an N-type semiconductor is used as the diaphragm, the difference between the Fermi level of the semiconductor and the oxidation-reduction potential of the electrolyte creates a 5-chottky barrier at the contact interface between the semiconductor and the electrolyte, which causes a 5-chottky barrier to flow toward the inside of the diaphragm. This creates a potential gradient, or band bending, and a space charge layer is formed, which maintains an energetic balance. When the N-type semiconductor in this state is irradiated with light, it is photoexcited and generates excited electrons (e-) in the conduction band and holes (h) in the valence band. These excited electrons move into the diaphragm and further to the back side due to the potential gradient of the space charge layer, causing a reduction reaction with the solution on the back side. At the same time, the holes generated on the light-irradiated surface cause an oxidation reaction with the solution on the light-irradiated side.

また、隔膜としてP型半導体を用いた場合には、前記正
孔は、空間電荷層の電位勾配によって、隔膜内部へ、さ
らに裏側へと移動し、最後には隔膜の裏面にまで達する
。この裏面まで達した正孔は、隔膜裏側の溶液と酸化反
応を生起する。同時に光照射面に生じた励起電子は光照
射側の溶液と還元反応を生起することになる。
Further, when a P-type semiconductor is used as the diaphragm, the holes move into the diaphragm and further to the back side due to the potential gradient of the space charge layer, and finally reach the back surface of the diaphragm. The holes that reach the back surface cause an oxidation reaction with the solution on the back side of the diaphragm. At the same time, the excited electrons generated on the light-irradiated surface cause a reduction reaction with the solution on the light-irradiated side.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

その結果、隔膜の半導体に光を照射するだけで、両電解
液内に酸化・還元反応を生起させることができて、従来
の如く電気エネルギーを必要とすることがな(、ランニ
ングコストや設備費等が安価なもので済むという効果を
奏する。
As a result, by simply irradiating the semiconductor of the diaphragm with light, oxidation and reduction reactions can occur in both electrolytes, eliminating the need for electrical energy (running costs and equipment costs). etc., can be done at low cost.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

また、本第2発明に係る隔膜式電気化学素子の特徴構成
は、半導体を有する隔膜で仕切られた二つの電解槽を形
成し、前記隔膜の半導体には光照射部が形成されている
ことにあり、その作用及び効果は次の通りである。
Further, the characteristic configuration of the diaphragm type electrochemical device according to the second invention is that two electrolytic cells are formed which are separated by a diaphragm having a semiconductor, and a light irradiation part is formed on the semiconductor of the diaphragm. The functions and effects are as follows.

〔作 用〕 半導体の光照射部に光が照射されると、前記で説明した
酸化・還元方法の原理によって、−方の電解槽では酸化
反応が生起し、他方の電解槽では還元反応が生起するこ
とになる。
[Function] When the light irradiation part of the semiconductor is irradiated with light, an oxidation reaction occurs in the negative electrolytic cell and a reduction reaction occurs in the other electrolytic cell, according to the principle of the oxidation/reduction method explained above. I will do it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

その結果、電気エネルギーを必要とすることなく光エネ
ルギーだけで酸化・還元反応を両電解槽内で同時に生起
させることができるから、光エネルギーを利用した素子
として、メッキ、水素ガスの製造、物質の定量、電池、
光合成、廃液処理、殺菌、医療器具等各種分野に応用で
きるようになった。特に、この素子は電気が引かれてい
ない山間部、海上あるいは宇宙空間での上記分野に有用
なものである。しかも、この素子は半導体を存する隔膜
と電解液が入れられた電解槽とだけで構成することがで
きるから、部品数少なく構造簡単に作製することができ
るという効果を奏する。
As a result, oxidation and reduction reactions can occur simultaneously in both electrolytic cells using only light energy without the need for electrical energy, so it can be used as an element that uses light energy for plating, hydrogen gas production, and material processing. quantitative, battery,
It can now be applied to various fields such as photosynthesis, waste liquid treatment, sterilization, and medical equipment. In particular, this device is useful in the above-mentioned fields, such as in mountainous areas where electricity is not available, on the ocean, or in outer space. Furthermore, since this device can be constructed only from a diaphragm containing a semiconductor and an electrolytic cell containing an electrolytic solution, it has the advantage that it can be manufactured with a simple structure with fewer parts.

〔実施例1〕 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。[Example 1] Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図に示すように、透光性材料で形成される電解槽(
4)の中央部にはN型半導体で構成される薄い隔膜(2
)が配置され、電解槽(4)内に供給された電解液(3
)を隔膜(2)で完全に分離している。前記N型半導体
としては、例えば、Ti0z、ZrO□、ZnO,WO
3、FezO=、Cd555nOz、GaAs。
As shown in Figure 1, an electrolytic cell (
4) has a thin diaphragm (2) composed of an N-type semiconductor in the center.
) is arranged, and the electrolyte (3) supplied into the electrolytic cell (4)
) are completely separated by a diaphragm (2). Examples of the N-type semiconductor include Ti0z, ZrO□, ZnO, and WO.
3. FezO=, Cd555nOz, GaAs.

GaP等の半導体を使用することができるが、特に酸化
チタン(TiO□)の半導体が好ましい。前記電解槽(
4)の外側には光源部(9)が配置され、半導体(1)
の一方の電解槽(4a)内の電解液(3a)との接触界
面にて形成される光照射部(5)を照射するようになっ
ている。この光照射によって前述したように光照射面側
の電解液(3a)内で酸化反応が生起され、光が照射さ
れない裏面側暗部の電解液(3b)内で還元反応が生起
されるのである。この酸化反応が起きる酸化槽(4a)
内に供給される電解液としては、例えば、水、水酸化ナ
トリウム水溶液、アルコール、過塩素酸ナトリウム水溶
液等を使用するのが良く、特に酸化反応を助長させるた
めに、電子供与性の強い物質を混入するのが好ましい。
Although semiconductors such as GaP can be used, titanium oxide (TiO□) semiconductors are particularly preferred. The electrolytic cell (
A light source section (9) is arranged outside the semiconductor (1).
The light irradiation part (5) formed at the contact interface with the electrolytic solution (3a) in one of the electrolytic cells (4a) is irradiated. As described above, this light irradiation causes an oxidation reaction to occur in the electrolyte (3a) on the light-irradiated side, and a reduction reaction to occur in the electrolyte (3b) in the dark area on the back side, which is not irradiated with light. Oxidation tank (4a) where this oxidation reaction occurs
As the electrolytic solution supplied within the chamber, for example, water, an aqueous sodium hydroxide solution, alcohol, an aqueous sodium perchlorate solution, etc. may be used. In particular, in order to promote the oxidation reaction, a substance with strong electron donating property may be used. It is preferable to mix it.

一方、還元反応が起きる還元槽(4b)内に供給される
電解液(3b)としては、硫酸水溶液、水等を使用する
のが良く、特に還元反応を助長させるために電子受容性
の強い物質を混入するのが好ましい。
On the other hand, as the electrolytic solution (3b) supplied into the reduction tank (4b) where the reduction reaction occurs, it is preferable to use a sulfuric acid aqueous solution, water, etc. In particular, a substance with strong electron acceptability to promote the reduction reaction. It is preferable to mix.

第2図に示すように、前記酸化[(4a)と還元槽(4
b)とは塩化カリウム又は硫酸カリウム等の濃厚溶液が
充填された塩橋(6)によって連絡することができる。
As shown in FIG. 2, the oxidation tank (4a) and the reduction tank (4a)
b) can be communicated by a salt bridge (6) filled with a concentrated solution such as potassium chloride or potassium sulphate.

すなわち、この塩橋(6)が設けられていない場合には
、隔膜(2)により分離された電解液(3a) 、 (
3b)において、酸化及び還元反応が生起しても、光照
射側においては陰イオンのみが、又暗部の裏側において
は陽イオンのみが減少するために、両電解液(3a) 
、 (3b)中においてその対電荷となるイオンが安定
に存在できず、結果として逆反応を起こし、見掛は上反
応が抑制されることになるが、塩橋(6)を用いると、
光照射側では溶液中の陽イオンが塩橋(6)へ、塩橋(
6)を構成している塩の陰イオンが光照射側の溶液内へ
と移動する。逆に、暗部の裏側では溶液中の陰イオンが
塩橋(6)へ、塩橋(6)の構成塩の陽イオンが暗部の
裏側の溶液内へと移動されることになり、両電解液(3
a) 、 (3b)が電気的に中性に保たれるようにな
り、反応がスムーズに進行するようになるのである。つ
まり、塩橋(6)を用いることにより酸化、還元反応を
不可逆的に促進することが可能となるのである。
That is, when this salt bridge (6) is not provided, the electrolyte (3a) separated by the diaphragm (2), (
In 3b), even if oxidation and reduction reactions occur, only anions decrease on the light irradiation side, and only cations decrease on the back side of the dark area, so both electrolytes (3a)
, (3b), the ions that serve as the counter charge cannot exist stably, resulting in a reverse reaction, and the upper reaction is apparently suppressed, but when the salt bridge (6) is used,
On the light irradiation side, the cations in the solution go to the salt bridge (6), and the salt bridge (
The anion of the salt constituting 6) moves into the solution on the light irradiation side. Conversely, on the back side of the dark area, the anions in the solution are moved to the salt bridge (6), and the cations of the constituent salts of the salt bridge (6) are moved into the solution on the back side of the dark area, and both electrolytes are (3
a) and (3b) are kept electrically neutral, allowing the reaction to proceed smoothly. In other words, by using the salt bridge (6), it becomes possible to irreversibly promote oxidation and reduction reactions.

尚、隔膜(2)の膜厚としては適宜変更可能であり、ま
た両電解液(3a) 、 (3b)を連続して槽(4a
)。
Note that the thickness of the diaphragm (2) can be changed as appropriate, and both electrolytes (3a) and (3b) are placed in the tank (4a) in succession.
).

(4b)内に供給したり、各種(4a) 、 (4b)
内で攪拌しても良い。また、光源部(9)としては光フ
ァイバーを利用して内部に光を照射したり、人工光源を
利用することもできる。さらに、第3図(イ)、(ロ)
に示すように、両電解液(3a) 、 (3b)の−部
を連通させると共に、この連通部分にイオン透過膜(2
5)を配設して、隔膜(2)とイオン透過膜(25)と
で両電解液(3a) 、 (3b)を完全に分離するよ
うにしても良い。第3図(イ)に示したものは下部にイ
オン透過膜(25)を配置したものであり、第3図(ロ
)に示したものは上部にイオン透過膜(25)を配置し
たものである。
(4b), various types (4a), (4b)
You can also stir it inside. Further, as the light source section (9), an optical fiber may be used to irradiate light into the interior, or an artificial light source may be used. Furthermore, Figure 3 (a) and (b)
As shown in FIG.
5) may be provided so that the electrolytes (3a) and (3b) are completely separated by the diaphragm (2) and the ion permeable membrane (25). The one shown in Figure 3 (a) has an ion permeable membrane (25) placed at the bottom, and the one shown in Figure 3 (b) has an ion permeable membrane (25) placed at the top. be.

〔実施例2〕 第4図は隔膜(2)を、Cu2O、GaAs、 GaP
、 tnP等のP型半導体(1P)で構成したものであ
る。この場合には、上記実施例1とは逆に光照射面側の
電解槽が還元槽(4b)に、暗部の裏面側の電解槽が酸
化槽(4a)となる。
[Example 2] Figure 4 shows the diaphragm (2) made of Cu2O, GaAs, GaP.
, tnP, or other P-type semiconductor (1P). In this case, contrary to the first embodiment, the electrolytic cell on the light irradiation side becomes the reduction tank (4b), and the electrolytic cell on the back side of the dark part becomes the oxidizing tank (4a).

すなわち、まずP型半導体(1P)と溶液が接すると、
P型半導体(1P)のフェルミ準位と溶液の酸化還元電
位の差より、P型半導体(1P)表面部分で5chot
tky障壁を生じ、半導体(1P)内部にむかって電位
勾配すなわちバンドの曲がりを生じて、空間電荷層が形
成され、エネルギー的に平衡を保つようになる。この状
態のP型半導体(1P)に光照射されると、光励起され
て伝導帯に励起電子(e−)を、価電子帯に正孔(h゛
)を生じる。
That is, when a P-type semiconductor (1P) and a solution first come into contact,
Based on the difference between the Fermi level of the P-type semiconductor (1P) and the redox potential of the solution, 5 shots are taken at the surface of the P-type semiconductor (1P).
tky barrier, a potential gradient or band bending toward the inside of the semiconductor (1P), a space charge layer is formed, and energy balance is maintained. When the P-type semiconductor (1P) in this state is irradiated with light, it is photoexcited and generates excited electrons (e-) in the conduction band and holes (h) in the valence band.

この正孔(h+)は、空間電荷層の電位勾配によって半
導体(1P)内部へ、さらに裏側へと移動し、暗部の裏
側の溶液との接触で酸化反応を生起させる。同時に光照
射面に生じた励起電子(e−)は、光照射側の溶液との
接触で還元反応を生起させることになる。
These holes (h+) move into the interior of the semiconductor (1P) and further to the back side due to the potential gradient of the space charge layer, and cause an oxidation reaction when they come into contact with the solution on the back side of the dark area. At the same time, the excited electrons (e-) generated on the light-irradiated surface cause a reduction reaction when they come into contact with the solution on the light-irradiated side.

〔実施例3〕 第5図は隔膜(2)を、N型半導体(1n)と導電性金
属(7)とを積層して構成したものである。
[Example 3] FIG. 5 shows a diaphragm (2) constructed by laminating an N-type semiconductor (1n) and a conductive metal (7).

金属としては、限定するものではないが、例えば、チタ
ンや白金を使用できる。この実施例では前記実施例L2
に比べ、裏面への電子移動がたやすくなり、それにとも
ない、光照射により生成した正孔と励起電子との再結合
消費がおさえられ、反応効率が一層促進されることにな
る。
For example, titanium or platinum can be used as the metal, although it is not limited thereto. In this example, the example L2
Compared to this, electron transfer to the back surface becomes easier, and accordingly, the recombination consumption of the holes generated by light irradiation and the excited electrons is suppressed, and the reaction efficiency is further promoted.

〔実施例4〕 第6図に示すように、隔膜(2)を、P型半導体(1P
)と導電性金属(7)とを積層して構成しても良く、こ
の場合にも実施例3と同様の効果を奏する。
[Example 4] As shown in FIG. 6, the diaphragm (2) was made of a P-type semiconductor (1P
) and a conductive metal (7) may be laminated, and the same effect as in Example 3 can be achieved in this case as well.

〔実施例5〕 第7図は前記隔膜(2)を、N型半導体(In)とP型
半導体膜(1P)とを積層し構成し、N型半導体(In
)を光照射面に、P型半導体(1P)を暗部の裏面にな
るよう配置したものであり、次の利点を有する。
[Example 5] FIG. 7 shows that the diaphragm (2) is constructed by laminating an N-type semiconductor (In) and a P-type semiconductor film (1P).
) is placed on the light irradiation surface and the P-type semiconductor (1P) is placed on the back side of the dark area, and has the following advantages.

つまり、隔膜(2)の裏面のP型半導体(1P)と溶液
が接すると、前記したN型半導体(1n)と同様に、P
型半導体(1P)のフェルミ準位と溶液の酸化還元電位
の差より、P型半導体(1P)表面部分にハンドの曲が
りを生じて空間電荷層が形成され、エネルギー的に平衡
を保つようになる。
In other words, when the solution comes into contact with the P-type semiconductor (1P) on the back surface of the diaphragm (2), P
Due to the difference between the Fermi level of the P-type semiconductor (1P) and the redox potential of the solution, a hand bends on the surface of the P-type semiconductor (1P) and a space charge layer is formed, which maintains an energetic balance. .

次に、光照射面のN型半導体(In)膜及び膜を透過し
てP型半導体(1P)に光照射がなされると、前述した
ように伝導帯に励起電子(e−)価電子帯に正孔(ho
)を生じる。この励起電子(e−)は、空間電荷層の電
位勾配によって、P型半導体(1P)表面へと移動し、
正孔(ho)は逆にN型半導体(1n)表面へと移動す
ることになる。それにともない、光照射により生成した
電子(e−)、正孔(ho)対の電荷分離かうがなされ
、両電解液(3a)。
Next, when light is irradiated to the P-type semiconductor (1P) through the N-type semiconductor (In) film and film on the light-irradiated surface, excited electrons (e-) are added to the conduction band and the valence band is hole (ho)
) occurs. This excited electron (e-) moves to the P-type semiconductor (1P) surface due to the potential gradient of the space charge layer,
Conversely, the holes (ho) will move to the surface of the N-type semiconductor (1n). Along with this, charge separation of electron (e-) and hole (ho) pairs generated by light irradiation is performed, and both electrolytes (3a) are separated.

(3b)における酸化及び還元反応の効率は、なお−層
強化されるものとなるのである。
The efficiency of the oxidation and reduction reactions in (3b) is further enhanced.

また、第8図に示すように、光照射はP型半導体(1P
)面にしても良い。つまり、素子の両面にあるP型半導
体(1P)、N型半導体(1n)が溶液と接すると、各
半導体(1P) 、 (In)表面に空間電荷層が形成
される。光照射面のP型半導体(1P)膜及び膜を透過
してN型半導体(1n)に光照射されると、光励起され
て伝導帯に励起電子(e−)を、また価電子帯に正孔(
ho)を生じる。この正孔(ho)は、空間電荷層の電
位勾配によってN型半導体(In)表面へ移動し、励起
電子(e−)は、逆に、P型半導体(1P)表面へと移
動する。それにともない光照射により生成した電子(e
−)、正孔(ho)対の電荷分離がうながされ、両電解
液(3a) 、 (3b)における酸化及び還元反応の
効率は、なお−層強化されるものとなるのである。
In addition, as shown in FIG. 8, light irradiation is applied to a P-type semiconductor (1P
) may be used as a side. In other words, when the P-type semiconductor (1P) and N-type semiconductor (1n) on both sides of the device come into contact with the solution, a space charge layer is formed on the surface of each semiconductor (1P) and (In). When light passes through the P-type semiconductor (1P) film and film on the light-irradiated surface and irradiates the N-type semiconductor (1n), it is photoexcited and generates excited electrons (e-) in the conduction band and positive electrons in the valence band. Hole (
ho). The holes (ho) move to the N-type semiconductor (In) surface due to the potential gradient of the space charge layer, and the excited electrons (e-) move to the P-type semiconductor (1P) surface, on the contrary. Along with this, electrons (e) generated by light irradiation
-) and hole (ho) pairs are promoted, and the efficiency of oxidation and reduction reactions in both electrolytes (3a) and (3b) is further enhanced.

〔実施例6〕 前記半導体(1)の酸化槽(4a)に接する面に酸化を
助長する物質を付設するか、又は半導体(1)の還元槽
(4b)に接する面に還元を助長する物質を付設するか
、あるいは両物質を併用しても良い。ここで酸化を助長
する物質としては、例えば色素等を用いることができ、
次の利点を有することになる。すなわち、N型半導体(
In)表面に色素を付設させた場合においては、まず、
光照射されると、第9図(イ)に示すように、N型半4
体(in)表面に付設させた色素(Dye)が光を吸収
して励起状態となる。次に、この励起色素からN型半導
体(1n)の伝導帯への電子注入が起こる。注入された
電子(e−)は、空間電荷層の電位勾配によって内部へ
移動し、さらに暗部の裏面へと達する。電子を失った色
素(Dye)は、溶液中の物質より電子をもらい、元の
状態に戻る。
[Example 6] A substance that promotes oxidation is attached to the surface of the semiconductor (1) that contacts the oxidation tank (4a), or a substance that promotes reduction is attached to the surface of the semiconductor (1) that contacts the reduction tank (4b). or both substances may be used together. Here, as a substance that promotes oxidation, for example, a dye etc. can be used,
It will have the following advantages. In other words, an N-type semiconductor (
In) When a dye is attached to the surface, first,
When irradiated with light, as shown in Figure 9 (a), an N-type half-4
A dye attached to the surface of the body (in) absorbs light and becomes excited. Next, electron injection from this excited dye into the conduction band of the N-type semiconductor (1n) occurs. The injected electrons (e-) move inward due to the potential gradient of the space charge layer and further reach the back surface of the dark area. The dye that has lost electrons receives electrons from the substance in the solution and returns to its original state.

このようにN型半導体(1n)表面に色素を付設させた
際には、N型半導体(1n)の光吸収領域を色素の光吸
収領域まで拡げることが可能となり、隔膜(2)により
分離された両電解槽(4a) 、 (4b)内での酸化
・還元反応を一層促進させることが可能となる。
When the dye is attached to the surface of the N-type semiconductor (1n) in this way, it becomes possible to expand the light absorption region of the N-type semiconductor (1n) to the light absorption region of the dye, which is separated by the diaphragm (2). It becomes possible to further promote the oxidation/reduction reactions in both the electrolytic cells (4a) and (4b).

また、P型半導体(1P)表面に色素を付設させた場合
においても、第9図(ロ)に示すように、上記N型半導
体(1n)の場合と同様の効果を奏する。つまり、P型
半導体(1P)表面に付設させた色素(Dye)が光吸
収して励起状態になる。この励起色素の空いた分子軌道
へP型半導体(1P)の価電子帯から電子が移り、正孔
(ho)が価電子帯に注入される。また、電子をもらっ
た色素(Dye)は、溶液中の物質へ電子を与え、元の
状態に戻る。このように色素をP型半導体(1P)表面
へ付設した際には、P型半導体(1P)の光吸収領域を
色素の光吸収領域まで拡げることが可能となり、隔膜式
光電気素子により分離された両電解液(3a) 、 (
3b)内での酸化・還元反応を一層促進させることが可
能となる。
Further, even when a dye is attached to the surface of the P-type semiconductor (1P), the same effect as in the case of the N-type semiconductor (1n) can be obtained, as shown in FIG. 9(b). That is, the dye (Dye) attached to the surface of the P-type semiconductor (1P) absorbs light and becomes excited. Electrons are transferred from the valence band of the P-type semiconductor (1P) to the vacant molecular orbitals of the excited dye, and holes (ho) are injected into the valence band. Further, the dye (Dye) that has received electrons gives electrons to the substance in the solution and returns to its original state. When the dye is attached to the surface of the P-type semiconductor (1P) in this way, it becomes possible to expand the light absorption region of the P-type semiconductor (1P) to the light absorption region of the dye, and the light absorption region of the P-type semiconductor (1P) can be separated by the diaphragm-type photoelectric element. Both electrolytes (3a), (
It becomes possible to further promote the oxidation/reduction reaction in step 3b).

〔実施例7〕 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を金属メッキに応
用した場合について説明する。
[Example 7] Next, a case where the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to metal plating will be described.

まず、このメッキ装置の構造について概略を説明すると
、第10図乃至第14図に示すものを用いることができ
る。図中(4)は左右に二分割された電解槽であって、
一方の光照射される側の酸化槽(4a)は透明材料で形
成され、他方の還元槽(4b)は不透明材料で形成され
ている。両槽(4a) 、 (4b)間には夫々ゴムパ
ツキン(13) 、 (13)を介して隔膜(2)が配
設され、両槽(4a) 、 (4b)に設けた保持部(
22)を保持枠(11)の凹所(23)内に挿入し、両
保持部(22) 、 (22)を両側からビス締めする
ことによって、両槽(4a) 、 (4b)は水密的に
接合されている。また、この保持枠(1)は基台(12
)上に立設固定されていると共に、酸化槽(4a)と還
元槽(4b)とは硫酸カリウム等の塩橋(6)によって
連絡されている。尚、(10)はゴムパツキンである。
First, the structure of this plating apparatus will be briefly described. The structure shown in FIGS. 10 to 14 can be used. (4) in the figure is an electrolytic cell divided into left and right halves,
One oxidation tank (4a) on the side irradiated with light is made of a transparent material, and the other reduction tank (4b) is made of an opaque material. A diaphragm (2) is provided between the two tanks (4a) and (4b) via rubber gaskets (13) and (13), respectively, and a holding part (
22) into the recess (23) of the holding frame (11) and tighten both holding parts (22) and (22) with screws from both sides to make both tanks (4a) and (4b) watertight. is joined to. In addition, this holding frame (1) is attached to a base (12
), and the oxidation tank (4a) and reduction tank (4b) are connected by a salt bridge (6) made of potassium sulfate or the like. Note that (10) is a rubber gasket.

(i)白金メッキの場合 前記隔膜(2)の形態及び電解液の組成については、前
述したように適宜変更することができるが、この実施例
では第4図で示した酸化チタンの裏面にチタンの薄膜を
形成したものを隔膜(2)として用い、酸化槽(4a)
の電解液(3a)として1 mol/ lのNa011
を用い、また還元槽(4b)の電解液(3b)として塩
化白金酸溶液を用いた。なお、この塩化白金酸溶液は、
塩化白金酸(HzPtCIJl、0gを、3mlの酢酸
で溶かし、2回蒸留水で約6ffII!に希釈した溶液
を、炭酸ナトリウム(NazCOz)でpHを5〜6に
調整したものを使用した。上記の装置に、IKHのキセ
ノンランプにて光照射した際の暗部の裏側のチタン面へ
析出した白金量の経時的変化をとると、第15図のグラ
フのようになる。このグラフに示されているように、光
照射時間と白金析出量の間に比例関係があることにより
、この白金の析出は、前述した隔膜式光電気化学素子の
原理に基づいた暗部の裏面での還元反応に起因している
ことがわかる。また、この光照射にともなう反応は、次
の(11より(3)の反応式により表すことができる。
(i) In the case of platinum plating The form of the diaphragm (2) and the composition of the electrolyte can be changed as appropriate as described above, but in this example, titanium is plated on the back side of the titanium oxide shown in FIG. The oxidation tank (4a) is used as a diaphragm (2) with a thin film formed on it.
1 mol/l Na011 as electrolyte (3a)
A chloroplatinic acid solution was used as the electrolyte (3b) in the reduction tank (4b). In addition, this chloroplatinic acid solution is
A solution of 0 g of chloroplatinic acid (HzPtCIJl) dissolved in 3 ml of acetic acid and diluted to about 6 ffII! with double-distilled water was used, and the pH was adjusted to 5 to 6 with sodium carbonate (NazCOz). The graph in Figure 15 shows the change over time in the amount of platinum deposited on the titanium surface on the back side of the dark area when the device is irradiated with light using an IKH xenon lamp. As shown in the figure, there is a proportional relationship between the light irradiation time and the amount of platinum precipitated, and this platinum precipitation is caused by a reduction reaction on the back surface of the dark area based on the principle of the diaphragm photoelectrochemical device mentioned above. It can be seen that the reaction accompanying this light irradiation can be expressed by the following reaction formula (11 to (3)).

TiO2+ 4h!/=4h”+ 4e−(1140H
−+4h”→ 0□+2H20−(21H2PtC1,
+ (Ti) + 4 e−→Pt(Ti) + 2 
HCI + 4 C1−−(3)(ii)銅メッキの場
合 光照射側に1 mol/ 1のNaOH溶液を、暗部の
裏側にl mol/βの硫酸溶液を基礎液とする0、0
05molの硫酸銅(CuSOt)溶液を入れ、両電解
液をに2SO,の塩橋で連絡させた。この装置に、lK
Hのキセノンランプにて光照射した際の暗部の裏側に析
出する銅の量の光照射時間依存性を表したのが、第16
図のグラフである。このグラフをみると、銅の析出量は
光照射時間とともに増大していることがわかる。またこ
の光照射の際の反応は、次の(4)より(6)の反応式
により表すことができる。
TiO2+ 4h! /=4h"+4e-(1140H
−+4h”→ 0□+2H20−(21H2PtC1,
+ (Ti) + 4 e-→Pt(Ti) + 2
HCI + 4 C1--(3) (ii) For copper plating, use 1 mol/1 NaOH solution on the light irradiation side and 1 mol/β sulfuric acid solution on the back side of the dark area as the base solution 0,0
05 mol of copper sulfate (CuSOt) solution was added, and both electrolytes were connected through a salt bridge of 2SO. This device has lK
The 16th graph shows the dependence of the amount of copper deposited on the back side of the dark area on the light irradiation time when irradiated with a H xenon lamp.
This is a graph of the figure. Looking at this graph, it can be seen that the amount of copper precipitation increases with the light irradiation time. Further, the reaction during this light irradiation can be expressed by the following reaction formulas (4) to (6).

TiO2+ 2hシー=2h”+ 2e−−(4120
H−+2h“ →%0□+H20−(51CuSO4+
 (Ti)+ 2e− −*Cu(Ti)+SO4”−−(61(iii )鉛
メッキの場合 光照射側にl mol/ iiのNaOHを、裏側に0
.1mol/f及び0.3mol/ 12の濃度のPb
(NOz)zを入れ、両電解液をに2SO,また硝酸カ
リウム(KNO3)の塩橋で連絡させた。この装置に、
500Wのキセノンランプにて光照射した際の暗部の裏
側のチタン面に析出する鉛の量の照射時間依存性を表し
たのが第17図のグラフである。このグラフをみると、
鉛の析出量は、光照射時間と比例関係にあることがわか
る。またPb(NO3)zの濃度がふえるにしたがい、
鉛の析出量が増加していることもわかる。このことより
、隔膜により分離された電解液において(7)〜(9)
のような反応がおきていることが考えられる。
TiO2+ 2h sea=2h"+ 2e--(4120
H-+2h" →%0□+H20-(51CuSO4+
(Ti) + 2e- -*Cu(Ti)+SO4"-- (61 (iii) For lead plating, add 1 mol/ii of NaOH on the light irradiation side and 0 on the back side.
.. Pb at concentrations of 1 mol/f and 0.3 mol/12
(NOz)z was added, and both electrolytes were connected through a salt bridge of 2SO and potassium nitrate (KNO3). This device has
The graph in FIG. 17 shows the dependence of the amount of lead deposited on the titanium surface on the back side of the dark area on the irradiation time when light was irradiated with a 500 W xenon lamp. Looking at this graph,
It can be seen that the amount of lead precipitation is proportional to the light irradiation time. Also, as the concentration of Pb(NO3)z increases,
It can also be seen that the amount of lead precipitation is increasing. From this, in the electrolyte separated by the diaphragm, (7) to (9)
It is possible that a reaction like this is occurring.

Ti0z + 2hv = 2h” + 2e−(7)
20)ド+ 2h″ =V20□+)1.0     
 −(81Pb (NO3) ! + (Ti) + 
2 e−→Pb(Ti) + 2 NO3−(91この
ように、本発明に係る隔膜式光電気化学素子を用いたメ
ッキと、従来の電気メッキ、化学メッキ、溶融メッキ、
溶射メッキ、蒸着メッキ、気相メッキ等とを比較すると
、本発明のメッキ装置では次の利点がある。
Ti0z + 2hv = 2h" + 2e-(7)
20) de + 2h″ = V20□+)1.0
−(81Pb (NO3)! + (Ti) +
2 e-→Pb(Ti) + 2 NO3- (91 As described above, plating using the diaphragm photoelectrochemical device according to the present invention and conventional electroplating, chemical plating, hot-dip plating,
When compared with thermal spray plating, vapor deposition plating, vapor phase plating, etc., the plating apparatus of the present invention has the following advantages.

つまり、本発明におけるメッキ装置は、メッキのエネル
ギー源を主として自然光に求めているため、メッキ加工
コストが低(、しかもメッキ作業時に発生する有害ガス
の問題が解消され、よって廃棄処理設備が無用となり、
設備コストが安くなるという利点がある。また、太陽光
のような枯渇することが考えられないエネルギーを利用
することが可能であるから、半永久的に装置を稼動させ
ることも可能であると共に、この方法においては、光エ
ネルギーを直接化学エネルギーに変換するという工程に
てメッキするというものであるから、効率良く光エネル
ギーを利用することができるものである。さらに、電極
反応を利用するという方法である電気メッキ等の方法で
は、2つの電極が必要であるが、本発明においては1枚
の隔膜を使用するだけで、メッキすることが可能である
。また光量を変化させることにより、メッキの膜厚を調
節することも可能である。
In other words, since the plating apparatus of the present invention mainly uses natural light as the energy source for plating, the plating process cost is low (and the problem of harmful gases generated during plating work is solved, so waste treatment equipment is unnecessary). ,
This has the advantage of lower equipment costs. In addition, since it is possible to use energy that is unlikely to run out, such as sunlight, it is possible to operate the device semi-permanently, and in this method, light energy can be directly converted into chemical energy. Since plating is performed during the process of converting light energy into light, it is possible to efficiently utilize light energy. Further, in methods such as electroplating that utilize electrode reactions, two electrodes are required, but in the present invention, plating can be performed using only one diaphragm. It is also possible to adjust the thickness of the plating by changing the amount of light.

〔実施例8〕 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を水素ガスの製造
に応用した場合について説明する。
[Example 8] Next, a case will be described in which the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to the production of hydrogen gas.

装置としては、第18図に示すように、前記実施例7で
示した装置に加え、還元槽(4b)に窒素ガスを供給す
る供給管(14)を接続すると共に、この窒素ガスと置
換して流出される水素ガス量を測定するガスピユーレ7
 ト(15)を接続したものである。尚、図中(18)
は窒素ガス流出管、(19)はサンプルガス出口、(1
6)は攪拌子、(17)は攪拌子(16)を駆動させる
駆動部である。
As shown in FIG. 18, in addition to the apparatus shown in Example 7, the apparatus includes a supply pipe (14) that supplies nitrogen gas to the reduction tank (4b), and replaces this nitrogen gas. Gas pile 7 measures the amount of hydrogen gas flowing out.
(15) are connected. In addition, (18) in the figure
is the nitrogen gas outlet pipe, (19) is the sample gas outlet, (1
6) is a stirrer, and (17) is a drive unit that drives the stirrer (16).

隔膜(2)としては、光照射面のN型半導体(1n)を
Ti0zに、また暗部の裏面の金属をTiとしたものを
使い下記に詳細に述べる方法にて実施した。
As the diaphragm (2), the N-type semiconductor (1n) on the light irradiated surface was made of TiOz, and the metal on the back surface of the dark part was made of Ti, and the test was carried out by the method described in detail below.

まず光照射部の電解槽(4a)内には、l mol/ 
1のNaOHを入れる。暗部の裏側の電解槽(4b)内
には、1 mol/ EのH2SO4またはpH2,o
及び4.1に8周整した酸性溶液を入れ、両電解液(3
a) 、 (3b)をに、SO,の塩橋(6)にて連絡
させた。この装置にIKWのキセノンランプ(9)にて
光照射した際の暗部の裏側における水素発生量を調べた
。なお上記のpH2,0の溶液は、0.2mol/βの
塩化カリウム(KCI)100m lに、0.2mol
/ 1の塩?、(HCI)の21.2mlと水27.8
8m lを加えることにより作成した。
First, in the electrolytic cell (4a) of the light irradiation part, l mol/
Add 1 of NaOH. In the electrolytic cell (4b) on the back side of the dark area, 1 mol/E of H2SO4 or pH2, o
and 4.1, add 8 rounds of acidic solution, and add both electrolytes (3
a) and (3b) were connected at the salt bridge (6) of SO. When this device was irradiated with light using an IKW xenon lamp (9), the amount of hydrogen generated on the back side of the dark area was investigated. Note that the above pH 2.0 solution is 0.2 mol/β potassium chloride (KCI) in 100 ml.
/ 1 salt? , 21.2 ml of (HCI) and 27.8 ml of water
It was made by adding 8ml.

またpH4,1の溶液は、0.1mol/ lの酢酸(
CH3COOH)200m lに、0.1mol/ 1
の酢酸ナトリウム(CHzcOONa) 50m j!
を加えることにより作製した。
In addition, a solution with a pH of 4.1 contains 0.1 mol/l of acetic acid (
CH3COOH) 200ml, 0.1mol/1
of sodium acetate (CHzcOONa) 50 m j!
It was made by adding.

各溶液における水素発生量の照射時間依存性を示すと、
第19図のグラフのようになる。このグラフから、水素
発生量と水素イオン濃度及び光照射時間の間には、比例
関係があることがわかる。
The irradiation time dependence of the amount of hydrogen generated in each solution is shown as follows:
The graph will look like the one in Figure 19. This graph shows that there is a proportional relationship between the amount of hydrogen generated, the hydrogen ion concentration, and the light irradiation time.

また、暗部の裏側のチタン面に、還元触媒として白金を
担持したもの、またさらに光照射側の電解液に酸化を促
進さ廿る物質であるEDTAを添加することにより、水
素発生量がどのように変化するかを調べると、第20図
のグラフのようになった。このグラフから、白金を担持
させたり、光照射側の液にEDTAを添加することによ
り、水素発生量が増加していることがわかる。
In addition, by adding platinum as a reduction catalyst to the titanium surface on the back side of the dark area, and by adding EDTA, a substance that promotes oxidation, to the electrolyte on the light irradiation side, the amount of hydrogen generated can be changed. When I investigated whether it changed, I found the graph shown in Figure 20. This graph shows that the amount of hydrogen generated increases by supporting platinum or adding EDTA to the liquid on the light irradiation side.

つまりこのように、隔膜式光電気化学素子により分離さ
れた暗部の裏側の電解槽(4b)に酸性溶液を、また光
照射面の電解槽(4a)にアルカリ溶液等を入れ、両電
解液を塩橋(6)で連絡させ、光照射することにより、
水素製造が可能である。
In other words, in this way, an acidic solution is placed in the electrolytic tank (4b) on the back side of the dark area separated by the diaphragm type photoelectrochemical element, and an alkaline solution etc. is placed in the electrolytic tank (4a) on the light irradiated side, and both electrolytes are mixed. By connecting with the salt bridge (6) and irradiating with light,
Hydrogen production is possible.

また、さらに暗部の裏側に還元を促進させる物質である
白金等を修飾させることや表側の電解液(3a)内にE
DTA等の酸化を促進させる物質を加えることにより、
水素の発生量をふやすことができる。
Furthermore, it is possible to modify the back side of the dark area with platinum, etc., which is a substance that promotes reduction, and to add E into the electrolyte (3a) on the front side.
By adding substances that promote oxidation such as DTA,
The amount of hydrogen generated can be increased.

上記本発明による水素の製造法と従来の水涼気改質法、
部分酸化法による水素の製造法とを比較すると、本発明
においては、枯渇することが考えられないような太陽光
を利用することができ、また光エネルギーを化学エネル
ギーに変換するという工程にて、電気や熱にくらべて貯
蔵しやすい水素を、簡便なエネルギー変換素子を用いて
生成させるというものであり、理論的にエネルギー効率
が良くなるという利点を有する。
The hydrogen production method according to the present invention and the conventional water cooling air reforming method,
Comparing the hydrogen production method using the partial oxidation method, the present invention can utilize sunlight that is unlikely to be depleted, and in the process of converting light energy into chemical energy, Hydrogen, which is easier to store than electricity or heat, is generated using a simple energy conversion element, and theoretically has the advantage of improved energy efficiency.

〔実施例9〕 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を物質の定量に応
用した例を説明する。
[Example 9] Next, an example in which the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to the quantitative determination of a substance will be described.

隔膜(2)としては、光照射面をN型半導体であるTi
O2にし、暗部の裏面を金属チタンの上に白金を担持さ
せたものを用いて、p−ベンゾキノンの定量を行った実
験例を下記に詳細に述べることにする。
As the diaphragm (2), the light irradiation surface is made of Ti, which is an N-type semiconductor.
An experimental example in which p-benzoquinone was quantified using titanium metal with platinum supported on the back side of the dark area will be described in detail below.

光照射側に1 mol/ 12のNaOHを、暗部の裏
側に1 mol/ ll0NaCIOa中にp−ベンゾ
キノンを含む溶液を入れ、IKHのキセノンランプにて
光照射した際の裏側の金属表面の電極電位を測定した。
Put 1 mol/12 NaOH on the light irradiation side and 1 mol/12 solution containing p-benzoquinone in NaCIOa on the back side of the dark part, and measure the electrode potential of the metal surface on the back side when light irradiated with an IKH xenon lamp. It was measured.

その結果まずp−ベンゾキノンの還元が起きる電位で停
滞を生じ、水素発生電位へと移行することがわかった。
As a result, it was found that stagnation first occurs at the potential at which p-benzoquinone reduction occurs, and then shifts to the hydrogen generation potential.

次にp−ベンゾキノンの濃度をふやしてい(と、上記の
電位の停滞する時間(遷移時間)が長くなることがわか
った。p−ベンゾキノンの濃度と遷移時間の関係をグラ
フ上にプロットすると、第21図のようになり、両者の
間には比例関係があることがわかった。つまり遷移時間
を測定することにより、p−ベンゾキノンの定量ができ
ることが明らかとなった。
Next, it was found that increasing the concentration of p-benzoquinone (transition time) increases the time during which the potential stagnates (transition time). Plotting the relationship between the concentration of p-benzoquinone and the transition time on a graph shows that As shown in Figure 21, it was found that there was a proportional relationship between the two.In other words, it became clear that p-benzoquinone could be quantified by measuring the transition time.

このように隔膜式光電気化学素子の電極電位を測定する
ことにより、化学物質の定量ができることがわかった。
It has been found that chemical substances can be quantified by measuring the electrode potential of the diaphragm photoelectrochemical device in this manner.

従って、この素子はガスセンサー、湿度センサー、イオ
ンセンサー、バイオセンサー等のセンサーとして応用す
ることができる。つまり、前記実験例では光照射面がN
型半導体であるTiO2、裏面がPt/Tiにより構成
される隔膜式光電気化学素子の裏面における停滞電位の
遷移時間を測定することにより、p−ベンゾキノンの定
量ができると述べているが、p−ベンゾキノン以外でも
水素の還元電位より低い物質であれば、その定量が可能
である。
Therefore, this element can be applied as a sensor such as a gas sensor, humidity sensor, ion sensor, biosensor, etc. In other words, in the above experimental example, the light irradiation surface is N
It is stated that p-benzoquinone can be quantified by measuring the transition time of the stagnation potential on the back surface of a diaphragm type photoelectrochemical device consisting of TiO2, which is a type semiconductor, and Pt/Ti on the back surface. Quantification of substances other than benzoquinone is possible as long as they have a lower reduction potential than hydrogen.

さらに起電力や色の変化を検知することにより、従来の
ガス、湿度、イオン、バイオのいずれのセンサーとして
も簡便性かつ多様性を有しており、このように・本発明
のセンサーは、応用性に冨んだものとなる。
Furthermore, by detecting electromotive force and color changes, the sensor of the present invention is simple and versatile as a conventional gas, humidity, ion, or biosensor. It becomes sexually rich.

〔実施例10〕 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を電池に応用した
例を説明する。
[Example 10] Next, an example in which the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to a battery will be described.

装置としては第22図のものを使用することができる。As the apparatus, the one shown in FIG. 22 can be used.

図中(8)は両白金電楕(20) 、 (20)を結ぶ
導電材、(21)は電圧計である。また、隔膜(2)の
−例として、光照射面をN型半導体であるTi0zにし
、また暗部の裏面をTiまたはTi上に白金を担持させ
たものにして構成されている隔膜式光電気化学素子を用
い、起電力測定を行った。
In the figure, (8) is a conductive material connecting both platinum electrodes (20) and (20), and (21) is a voltmeter. Further, as an example of the diaphragm (2), a diaphragm-type photoelectrochemical device is constructed in which the light irradiation surface is made of Ti0z, which is an N-type semiconductor, and the back surface of the dark part is made of Ti or platinum supported on Ti. Electromotive force was measured using the element.

前記装置の暗部の裏側の電解槽(4b)に1 mol/
 1の硫酸を入れ、光照射側の電解槽(4a)に入れる
溶液の種類を変えることにより、18.3分後の起電力
を調べた。光照射側の溶液(3a)としては、)1zs
O4,、NaOH,CH=0)1.Nac104の4種
類の溶液を使用した。なお各溶液の濃度は、すべて1 
mol/ i!である。その結果をまとめると、表−1
のようになる。この表−1をみると、裏側がTi及びT
i上に白金を担持させたもののいずれにおいても、光照
射側の溶液がl mol/ lのNaOHであり、暗部
の裏側の溶液が1 mol/ I!のH2SO,である
ものが、もっとも高い起電力を発生させていることがわ
かった。つまりこのように光照射側がN型半導体である
隔膜式光電気化学素子の光照射側にNaOHのような酸
化されやすい物質を、また暗部の裏側の電解槽に硫酸の
ような還元されやすい物質を入れたり、表面に酸化を促
進させる物質あるいは裏面に白金等のような還元を促進
させる物質を付設させることにより、大きな起電力を得
ることができる。
1 mol/
The electromotive force after 18.3 minutes was investigated by adding sulfuric acid (1) and changing the type of solution added to the electrolytic cell (4a) on the light irradiation side. As the solution (3a) on the light irradiation side, )1zs
O4,, NaOH, CH=0)1. Four different solutions of Nac104 were used. The concentration of each solution is all 1.
mol/i! It is. The results are summarized in Table 1.
become that way. Looking at Table 1, the back side is Ti and T.
In both cases where platinum is supported on i, the solution on the light irradiation side is 1 mol/l of NaOH, and the solution on the back side of the dark area is 1 mol/l! It was found that H2SO generates the highest electromotive force. In other words, in this diaphragm photoelectrochemical device where the light irradiation side is an N-type semiconductor, a substance that is easily oxidized such as NaOH is placed on the light irradiation side, and a substance that is easily reduced such as sulfuric acid is placed in the electrolytic cell on the back side of the dark area. A large electromotive force can be obtained by adding a substance that promotes oxidation to the surface or a substance that promotes reduction, such as platinum, to the back surface.

表−1各溶液における起電圧(mV) 上記結果から、従来の一次電池、二次電池、燃料電池及
び太陽電池と、本発明における電池とを比較すると、次
の利点がある。
Table 1 Electromotive voltage (mV) in each solution From the above results, when comparing conventional primary batteries, secondary batteries, fuel cells, and solar cells with the battery according to the present invention, there are the following advantages.

すなわち、−次電池と二次電池は、電池内にある活物質
がなくなったり、消耗したりすることにより電力を取り
出すことができないものであり、また、燃料電池も外部
より化学的もしくは電気的に合成された燃料および酸素
を供給しなければ、電力を取り出すことのできないもの
である。上述した3つの形態の電池においては、電極も
2本必要である。しかし、本発明における電池は、太陽
光等の光エネルギーを電力に変換されるものであり、二
次的処理により合成された化学物質等を使用した従来の
電池より、経済的に効率がよいものである。また、本発
明における電池においては、2本の電極を必要とせず、
1枚の隔膜をしようするだけで電力を発生させることの
できる電池である。
In other words, secondary batteries and secondary batteries cannot generate electricity due to the active material inside the battery being depleted or depleted, and fuel cells cannot be used to generate electricity chemically or electrically from outside. Electricity cannot be extracted unless synthesized fuel and oxygen are supplied. In the three types of batteries described above, two electrodes are also required. However, the battery of the present invention converts light energy such as sunlight into electricity, and is more economically efficient than conventional batteries that use chemical substances synthesized through secondary processing. It is. Furthermore, the battery of the present invention does not require two electrodes,
It is a battery that can generate electricity just by using one diaphragm.

従来の電池の形態の内で太陽電池とよばれる乾式光電池
は、太陽光などの光エネルギーを利用して電力を取り出
すということで、本発明における電池と同じような原理
を利用したものである。しかし乾式光電池においては、
非常に純^度の良い単結晶半導体を必要とする。またP
Among the conventional battery types, dry photovoltaic cells called solar cells utilize the same principle as the battery in the present invention in that they extract electricity by using light energy such as sunlight. However, in dry photovoltaic cells,
Requires extremely pure single crystal semiconductor. Also P
.

N接合部分も一定の厚さに作る必要があるために、非常
にコスト高になるものである。一方、本発明における1
枚の隔膜を使用した湿式光電池においては、半導体も純
度の良い単結晶を使用する必要はなく焼成して作製した
多結晶半導体を使用するだけでもよい。また溶液中に半
導体を入れるだけでも、半導体溶液界面に太陽電池にお
けるP、N接合部と類似のエネルギー構造ができるので
、コスト面において非常に安くつくものとなる。
Since the N junction portion also needs to be made to a certain thickness, the cost is extremely high. On the other hand, 1 in the present invention
In a wet photovoltaic cell using a single diaphragm, it is not necessary to use a single crystal semiconductor of high purity, and a polycrystalline semiconductor prepared by firing may be used. Furthermore, simply adding a semiconductor to the solution creates an energy structure similar to the P, N junction in a solar cell at the semiconductor solution interface, resulting in a very low cost.

〔実施例11) 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を光合成に応用し
た例を説明する。装置としては第23図に示したものを
使用することがきる。隔膜(2)としては、表側をN型
半導体であるTie、にし、裏側をTiにして構成され
たものを使用し、メタノールよりホルムアルデヒドを合
成する実験を、下記に詳細に述べる方法にて実施した。
[Example 11] Next, an example in which the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to photosynthesis will be described. As the apparatus, the one shown in FIG. 23 can be used. The diaphragm (2) was made of N-type semiconductor Tie on the front side and Ti on the back side, and an experiment was conducted to synthesize formaldehyde from methanol using the method described in detail below. .

まず光照射側の電解槽(4a)内に0.1mol/ l
のCH,OHを、暗部の裏側の電解槽(4b)内に1.
0mol/ 1のHz S’04をそれぞれ50a+ 
eづつ入れ、両電解液(3a) 、 (3b)をKzS
O4の塩!(6)ニて連絡させた。この装置にsoow
のキセノンランプにて光照射した際のCM、ORの濃度
の照射時間依存性を調べると、第24図のグラフのよう
になる。また光照射側の電解槽(4a)内に1.Omo
l/ lのNaOHを、裏側の電解槽(4b)内に1.
0mol/nのC1130Hをそれぞれ50m2づつ入
れ、両電解液(3a) 、 (3b)をKtSOaの塩
橋(6)にて連絡させた。この装置に500Wのキセノ
ンランプ(9)にて光照射した際のCH30Hの濃度の
照射時間依存性を調べると、第25図のようになる。ま
た反応後の溶液をスチームガスクロマトグラフィーにて
調べた処、第26図のグラフのようになり、保持時間よ
りホルムアルデヒドが生成されていることがわかった。
First, 0.1 mol/l is placed in the electrolytic tank (4a) on the light irradiation side.
CH, OH of 1.
50a+ each of 0mol/1 Hz S'04
Pour both electrolytes (3a) and (3b) into KzS.
O4 salt! (6) I contacted you. Soow to this device
When the dependence of the CM and OR concentrations on the irradiation time when irradiated with light using a xenon lamp is investigated, the graph shown in FIG. 24 is obtained. In addition, 1. Omo
1/l of NaOH into the electrolytic cell (4b) on the back side.
0 mol/n C1130H was added in an amount of 50 m2 each, and both electrolytes (3a) and (3b) were connected through a KtSOa salt bridge (6). When this device was irradiated with light using a 500 W xenon lamp (9), the dependence of the CH30H concentration on the irradiation time was investigated, as shown in FIG. 25. Further, when the solution after the reaction was examined by steam gas chromatography, the graph shown in FIG. 26 was obtained, and it was found that formaldehyde was produced based on the retention time.

光照射側の電解液(3a)内にメタノールを入れた時の
反応は、aω〜(2)のように進行していると考えられ
る。
It is thought that the reaction when methanol is introduced into the electrolytic solution (3a) on the light irradiation side proceeds as shown in aω~(2).

TiO2+hv−+   h”+e−(101CH,O
H+h’ −・C)120H+)l”    −CII
J・CHzOH=  HCHO+ %Hz     Q
21裏側の電解液(3b)内にメタノールを入れた時の
反応は、α31− CIT)のように進行していると考
えられる。
TiO2+hv-+ h"+e-(101CH, O
H+h'-・C)120H+)l"-CII
J・CHzOH= HCHO+ %Hz Q
The reaction when methanol is put into the electrolyte (3b) on the back side of 21 is thought to proceed as shown in α31-CIT).

TiO2+hシー   h”十e−−(13)H“十〇
□+e−=HO□      □a旬HOz+H”+e
−−= 2HO・       □α9・0)1 +C
)IsOH= ・CHzOH+HzO’ 06)、CH
20H+   →HCHO+ %)lz      Q
7)このように隔膜式光電気化学素子の酸化及び還元反
応により、メタノールからホルムアルデヒドが生成され
ていることがわかった。
TiO2+h sea h"10e--(13) H"10□+e-=HO□ □a-season HOz+H"+e
--= 2HO・□α9・0)1 +C
)IsOH= ・CHzOH+HzO' 06), CH
20H+ →HCHO+ %)lz Q
7) It was thus found that formaldehyde was generated from methanol through the oxidation and reduction reactions of the diaphragm photoelectrochemical device.

上記のように、本発明における光合成と、例えば従来の
電解合成とを比較すると、本発明における方法は次の利
点を有する。
As mentioned above, when the photosynthesis of the present invention is compared with, for example, conventional electrolytic synthesis, the method of the present invention has the following advantages.

電解等による従来の合成法では、陽極槽と、陰極槽の電
解溶液を完全に異質なものとすることができず、むしろ
一種類の電解槽溶液内で酸化還元反応を行わせている。
In conventional synthesis methods such as electrolysis, it is not possible to make the electrolyte solutions in the anode cell and the cathode cell completely different, but rather, the redox reaction is carried out within one type of electrolyte cell solution.

したがって、それぞれの電極での反応生成物が逆反応を
起こして、副生成物を生じ、目的物質の反応効率が低下
することが多い。また反応終了後は、両極での生成物分
離に多数の工程と技術的な工夫を必要としている。それ
に比べて本発明においては、−枚の隔膜式光電気化学素
子によって、酸化還元反応を全く異なる溶液内で別個に
反応させることができ、このため逆反応が押さえられ、
目的物質の反応効率を上げられるとともに、再反応槽で
の生成物分離を同時に行わせることができる。さらに、
半導体面に照射する光の強度や半導体の種類を変えるこ
とによって、反応に選択性をもたすことができる。上述
したように本発明においては、光照射があるだけで合成
が可能であり、操作の煩わしさはないという利点がある
Therefore, the reaction products at each electrode often undergo a reverse reaction, producing by-products and reducing the reaction efficiency of the target substance. Furthermore, after the reaction is complete, multiple steps and technical innovations are required to separate the products at both poles. In contrast, in the present invention, redox reactions can be carried out separately in completely different solutions by using two diaphragm-type photoelectrochemical devices, thereby suppressing reverse reactions.
The reaction efficiency of the target substance can be increased, and product separation in the re-reactor can be performed at the same time. moreover,
Selectivity can be imparted to the reaction by changing the intensity of light irradiated onto the semiconductor surface and the type of semiconductor. As described above, the present invention has the advantage that synthesis can be performed simply by light irradiation, and there is no troublesome operation.

〔実施例12〕 次に、本発明の隔膜式光電気化学素子を廃液処理に応用
した例を説明する。すなわち、上記素子により分離され
た電解液における酸化及び還元反応を利用することによ
り、有害な物質であるCN−やCr”や他の有害な有機
化合物等を処理することができる。たとえばCr”の場
合を例にとると、従来のCr”の処理方法においては、
Cr”のままでは、水酸化物を作らないので、Na2S
O2やNaH3O3などを加え、一端Cr3+とじた後
水酸化物とし、溶液中から取り除くという操作を実施し
ていたが、隔膜式光電気化学素子により分離された電解
液の還元反応において、Cr”をCr”へ還元すること
が可能であるために、反応時に悪臭を発生させるような
上記したような還元剤は使用する必要がない。またCN
−や有害な有機化合物も隔膜式光電気化学素子により分
離された電解液における酸化反応により、CO□等に分
解処理することが可能である。
[Example 12] Next, an example in which the diaphragm type photoelectrochemical device of the present invention is applied to waste liquid treatment will be described. That is, by utilizing the oxidation and reduction reactions in the electrolyte separated by the above element, harmful substances such as CN-, Cr'', and other harmful organic compounds can be treated. For example, in the conventional treatment method for Cr,
Cr" does not form hydroxide, so Na2S
Previously, O2, NaH3O3, etc. were added, Cr3+ was formed at one end, and then the hydroxide was formed and removed from the solution. Since it is possible to reduce to Cr'', there is no need to use the above-mentioned reducing agent that generates a bad odor during the reaction. Also CN
- and harmful organic compounds can also be decomposed into CO□ and the like by an oxidation reaction in the electrolyte separated by the diaphragm photoelectrochemical device.

上記本発明による廃液処理法と、周知の処理法を比較す
ると、次の利点がある。
Comparing the waste liquid treatment method according to the present invention with known treatment methods, there are the following advantages.

つまり、従来の技術においては、薬品や電力や微生物を
利用することによる酸化還元反応によって、廃液を処理
するものであるので、薬品の残留や悪臭等の発生ならび
にコストが高くっ(という欠点も有する方法である。こ
れに対して、本発明における廃液処理の方法は、太陽光
等のエネルギーを化学エネルギーに変換する過程に生起
する酸化還元反応によって、廃液を処理するというもの
であり、隔膜式光電気化学素子で仕切られた一方に水等
を入れ、他方に廃液を入れるだけであるので、薬品等が
残留することや悪臭等が発生することのないクリーンな
廃液処理法である。また、コスト的な面を考えても、枯
渇する虞れのない太陽光を使用することができるという
廃液処理法であるので、経済的に効率のよい方法といえ
る。
In other words, in the conventional technology, waste liquid is treated by redox reaction using chemicals, electricity, and microorganisms, so this method has disadvantages such as residual chemicals, bad odors, etc., and high cost. On the other hand, the method of waste liquid treatment in the present invention is to treat waste liquid by an oxidation-reduction reaction that occurs in the process of converting energy such as sunlight into chemical energy. It is a clean waste liquid treatment method that does not leave behind chemicals or generate bad odors, as it only requires filling one side of the partition with a chemical element with water and the other side with waste liquid. Considering this aspect, it can be said to be an economically efficient method because it is a waste liquid treatment method that uses sunlight that is not in danger of being depleted.

〔実施例13〕 また、本発明の隔膜式光電気化学素子により分離された
裏側の暗部における反応を利用することにより、殺菌す
ることができる。殺菌しようとする菌体が、還元反応に
より殺菌されるものならば光照射面がN型半導体を用い
ることにより、その目的は、達することができる。また
逆に酸化反応により殺菌される菌体であるものならば、
光照射面がP型半導体を用いることにより、その目的は
、達することができる。また、もし暗部の裏側の電解液
内に溶存酸素があるならば、光照射面がN型半導体であ
ってもα団〜Q91のような反応により、酸化力の強い
OHラジカルが生成されるために、酸化反応により菌体
を殺菌することも可能である。
[Example 13] Furthermore, sterilization can be achieved by utilizing the reaction in the dark area on the back side separated by the diaphragm photoelectrochemical device of the present invention. If the bacterial cells to be sterilized can be sterilized by a reduction reaction, the purpose can be achieved by using an N-type semiconductor for the light irradiation surface. Conversely, if it is a bacterial cell that is sterilized by an oxidation reaction,
This objective can be achieved by using a P-type semiconductor for the light irradiation surface. In addition, if there is dissolved oxygen in the electrolyte behind the dark area, even if the light irradiation surface is an N-type semiconductor, OH radicals with strong oxidizing power will be generated due to reactions such as α group ~ Q91. In addition, it is also possible to sterilize bacterial cells by oxidation reaction.

H’ +Oz+e−−’ HOz       −08
)80□+H” +e−→2 )10        
  □0つ上記本発明における殺菌法と、周知の加熱処
理、放射線照射、薬剤処理等の殺菌法とを比較すると、
次の利点がある。つまり、周知の殺菌法においては、加
熱等により製品が変質するとか殺菌に用いた薬剤が残留
したりするという問題点があった。しかし、本発明にお
いては、太陽光等のエネルギーを化学エネルギーに変換
することにより直接殺菌あるいは水溶液においては、そ
の過程で生成するOHラジカルにより、微生物を殺菌す
るというものであるから、熱などは発生することなく製
品等の変質を防ぐことができる。この場合、余剰のOH
ラジカルが生成しても、それらは再結合し消滅するもの
であるので問題はない。さらに隔膜式光電気化学素子の
裏側の溶液で殺菌することにより、直接光をあてること
なく、製品の変質を防ぐことができることも大きな利点
である。上述したように本発明は、製品の品質が保持で
きる安価で簡便な膜面方法であるといえる。
H'+Oz+e--' HOz -08
)80□+H” +e−→2 )10
□0 Comparing the above sterilization method of the present invention with well-known sterilization methods such as heat treatment, radiation irradiation, and chemical treatment,
It has the following advantages. In other words, the well-known sterilization methods have problems in that the quality of the product changes due to heating or the like, and the chemicals used for sterilization remain. However, in the present invention, microorganisms are sterilized directly by converting energy such as sunlight into chemical energy, or in an aqueous solution, by OH radicals generated in the process, so no heat is generated. It is possible to prevent deterioration of products, etc. without causing any damage. In this case, the excess OH
Even if radicals are generated, there is no problem because they will recombine and disappear. Another great advantage is that by sterilizing the solution with the solution on the back side of the diaphragm photoelectrochemical device, it is possible to prevent the product from deteriorating without exposing it to direct light. As described above, the present invention can be said to be an inexpensive and simple membrane surface method that can maintain product quality.

〔実施例14) 前記の暗部における殺菌のさらなる応用として、人体に
有害な面体を殺菌することが可能である。例えば光ファ
イバー等を使用することにより、人体内の菌体所在部に
光を導入することが可能であり、強力なる光を使用する
ことがあっても光のあたっていない裏面における作用で
あるので、問題がない。つまり光ファイバー等により、
強力なる光を人体に導入することにより、人体に有害な
菌体を殺菌することが可能である。
[Example 14] As a further application of the sterilization in the dark, it is possible to sterilize face masks that are harmful to the human body. For example, by using optical fibers, etc., it is possible to introduce light into the part of the human body where the bacterial cells are located. there is no problem. In other words, with optical fiber etc.
By introducing strong light into the human body, it is possible to sterilize bacteria that are harmful to the human body.

具体的に説明すると、従来より医療用具にレーザとよば
れる強い光を利用した治療が実施されており、このレー
ザ治療の一例であるガンの治療に用いられているものに
ついて、次に述べることにする。
To be more specific, treatments using strong light called lasers have traditionally been carried out in medical equipment, and the following describes one example of laser therapy, which is used for cancer treatment. do.

ヘマトポルフィリン誘導体(Hp D)は、正常細胞よ
りガン細胞に選択的に永くとどまる性質を有している。
Hematoporphyrin derivatives (HpD) have the property of selectively remaining in cancer cells for a longer period of time than in normal cells.

このHp Dを静脈注射すると、Hp Dはガン細胞へ
と移動する。次にクリプトンイオンレーザ紫外光(波長
406nm、出力500mW)を光ファイバーにて人体
内に誘導すると、)lp Dがこの光により励起され蛍
光する。この蛍光を、分光器や高怒度光電検出器で測定
し患部をみつける。次にこのようにしてわかった患部に
赤色の波長可変色素レーザ(波長630nm、出力約3
00mW)にて、20〜30分間照射させ、ガン細胞を
殺傷させようというガンの治療方法も実施されている。
When this Hp D is injected intravenously, it moves to cancer cells. Next, when krypton ion laser ultraviolet light (wavelength 406 nm, output 500 mW) is guided into the human body through an optical fiber, )lpD is excited by this light and fluoresces. This fluorescence is measured using a spectroscope or high-intensity photoelectric detector to find the affected area. Next, apply a red variable wavelength dye laser (wavelength 630 nm, output approximately 3
A cancer treatment method has also been implemented in which cancer cells are killed by irradiation at 00 mW for 20 to 30 minutes.

この方法は、Hp Dが光を選択的に吸収するという性
質を有するために、まわりの細胞をいためることが少な
く治療ができるという長所がある。
This method has the advantage that since HpD has the property of selectively absorbing light, it can be treated without damaging surrounding cells.

しかし、レーザ光をwE続して照射しているうちに、治
療された表面付近の組織が、レーザ光に対して不透明に
なり、レーザ光が深部にまで達しなくなり、深部の治療
がむずかしくなる。
However, as the laser beam is continuously irradiated wE, the tissue near the treated surface becomes opaque to the laser beam, and the laser beam cannot reach the deep part, making it difficult to treat the deep part.

また、このHp Dは、直射日光下で激しい皮層炎症を
起こすという日光過敏症の副作用をもたらすという欠点
がある。このように、従来の医療技術におけるレーザ光
による治療は、その治療能力は高いものであるが、同時
に副作用も強いというものであった。しかしながら、本
発明における素材を利用した治療方法においては、人体
に対して直接光を照射することなく隔膜式光電気化学素
子の表面に光ファイバー等を通じて光照射することによ
り、裏面においても患部の治療が可能であるというもの
であるために、副作用がないという利点がある。
Additionally, Hp D has the disadvantage of causing a side effect of photosensitivity, which is severe skin inflammation under direct sunlight. As described above, the conventional medical treatment using laser light has a high therapeutic ability, but at the same time has strong side effects. However, in the treatment method using the material of the present invention, the surface of the diaphragm-type photoelectrochemical device is irradiated with light through an optical fiber, etc., without directly irradiating the human body with light, so that the treatment of the affected area can be performed even on the back side. Since it is possible, it has the advantage of having no side effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明に係る酸化還元方法と隔膜式光電気化学素
子の実施例を示し、第1図は酸化還元反応を示す説明図
、第2図乃至第9図はそれぞれ酸化還元反応を示す別実
施例の説明図、第10図はメッキ装置の正面図、第11
図は同上の断面図、第12図は同上の分解断面図、第1
3図は同上の平面図、第14図は同上の分解断面図、第
15図は光照射時間と白金析出量の関係を示したグラフ
、第16図は光照射時間と銅析出量の関係を示したグラ
フ、第17図は光照射時間と鉛析出量の関係を示したグ
ラフ、第18図は水素ガス発生装置を示す概略図、第1
9図及び第20図は光照射時間と水素発生量の関係を示
すグラフ、第21図はp−ベンゾキノン濃度と遷移時間
の関係を示すグラフ、第22図は湿式光電池の概略図、
第23図は光合成装置の概略図、第24図及び第25図
は光照射時間とメタノール濃度の関係を示すグラフ、第
26図はガスクロマトグラフィーのチャート図である。 (1)・・・・・・半導体、(1n)・・・・・・N型
半導体、(1P)・・・・・・P型半導体、(2)・・
・・・・隔膜、(3)・・・・・・電解液、(3a)・
・・・・・酸化槽の電解液、(3b)・・・・・・還元
槽の電解液、(4)・・・・・・電解槽、(4a)・・
・・・・酸化槽、(4b)・・・・・・還元槽、(5)
・・・・・・光照射部、(6)・・・・・・塩橋、(7
)・・・・・・金属、(8)・・・・・・導電材。
The drawings show examples of the redox method and diaphragm type photoelectrochemical device according to the present invention, FIG. 1 is an explanatory diagram showing the redox reaction, and FIGS. 2 to 9 are different examples showing the redox reaction. An explanatory diagram of an example, Fig. 10 is a front view of the plating device, Fig. 11
The figure is a cross-sectional view of the same as above, Figure 12 is an exploded cross-sectional view of the same as above,
Figure 3 is a plan view of the same as above, Figure 14 is an exploded sectional view of the same as above, Figure 15 is a graph showing the relationship between light irradiation time and amount of platinum precipitation, and Figure 16 is a graph showing the relationship between light irradiation time and amount of copper precipitation. The graph shown in Figure 17 is a graph showing the relationship between the light irradiation time and the amount of lead precipitation, and Figure 18 is a schematic diagram showing the hydrogen gas generator.
Figures 9 and 20 are graphs showing the relationship between light irradiation time and hydrogen generation amount, Figure 21 is a graph showing the relationship between p-benzoquinone concentration and transition time, Figure 22 is a schematic diagram of a wet photovoltaic cell,
FIG. 23 is a schematic diagram of the photosynthesis apparatus, FIGS. 24 and 25 are graphs showing the relationship between light irradiation time and methanol concentration, and FIG. 26 is a chart of gas chromatography. (1)...Semiconductor, (1n)...N-type semiconductor, (1P)...P-type semiconductor, (2)...
...Diaphragm, (3) ...Electrolyte, (3a)
... Electrolyte of oxidation tank, (3b) ... Electrolyte of reduction tank, (4) ... Electrolytic tank, (4a) ...
...Oxidation tank, (4b) ...Reduction tank, (5)
......Light irradiation part, (6)......Salt bridge, (7
)・・・Metal, (8)・・・Conductive material.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体(1)を有する隔膜(2)にて電解液(3
)を分離し、前記半導体(1)の電解液(3)との接触
界面に光を照射して、一方の電解液(3a)内で酸化反
応を生起させるとともに、他方の電解液(3b)内で還
元反応を生起させることを特徴とする酸化還元方法。
(1) Electrolyte (3) at diaphragm (2) containing semiconductor (1)
) is separated and the contact interface between the semiconductor (1) and the electrolyte (3) is irradiated with light to cause an oxidation reaction in one electrolyte (3a) and at the same time to cause an oxidation reaction in the other electrolyte (3b). An oxidation-reduction method characterized by causing a reduction reaction within the body.
(2)半導体(1)を有する隔膜(2)で仕切られた二
つの電解槽(4a)、(4b)を形成し、前記隔膜(2
)の半導体(1)には光照射部(5)が形成されている
ことを特徴とする隔膜式光電気化学素子。
(2) Two electrolytic cells (4a) and (4b) partitioned by a diaphragm (2) having a semiconductor (1) are formed, and the diaphragm (2)
1. A diaphragm-type photoelectrochemical device characterized in that a light irradiation part (5) is formed in the semiconductor (1).
(3)前記両電解槽(4a)、(4b)は、塩橋(6)
で連絡されている特許請求の範囲第(2)項に記載の隔
膜式光電気化学素子。
(3) Both electrolytic cells (4a) and (4b) are connected to a salt bridge (6).
A diaphragm-type photoelectrochemical device according to claim (2).
(4)前記両電解槽(4a)、(4b)は、イオン透過
膜(25)で連絡されている特許請求の範囲第(2)項
に記載の隔膜式光電気化学素子。
(4) The diaphragm-type photoelectrochemical device according to claim (2), wherein both the electrolytic cells (4a) and (4b) are connected by an ion-permeable membrane (25).
(5)前記隔膜(2)は、N型半導体膜(1n)で構成
されている特許請求の範囲第(2)項乃至第(4)項の
いずれかの項に記載の隔膜式光電気化学素子。
(5) The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (4), wherein the diaphragm (2) is composed of an N-type semiconductor film (1n). element.
(6)前記隔膜(2)は、P型半導体膜(1P)で構成
されている特許請求の範囲第(2)項乃至第(4)項の
いずれかの項に記載の隔膜式光電気化学素子。
(6) The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (4), wherein the diaphragm (2) is composed of a P-type semiconductor film (1P). element.
(7)前記隔膜(2)は、N型半導体膜(1n)と導電
性金属(7)とを積層して構成されている特許請求の範
囲第(2)項乃至第(4)項のいずれかの項に記載の隔
膜式光電気化学素子。
(7) The diaphragm (2) is constructed by laminating an N-type semiconductor film (1n) and a conductive metal (7). The diaphragm-type photoelectrochemical device according to the above item.
(8)前記隔膜(2)は、P型半導体膜(1P)と導電
性金属(7)とを積層して構成されている特許請求の範
囲第(2)項乃至第(4)項のいずれかの項に記載の隔
膜式光電気化学素子。
(8) The diaphragm (2) is constructed by laminating a P-type semiconductor film (1P) and a conductive metal (7). The diaphragm-type photoelectrochemical device according to the above item.
(9)前記隔膜(2)は、N型半導体膜(1n)とP型
半導体膜(1P)とを積層して構成されている特許請求
の範囲第(2)項乃至第(4)項のいずれかの項に記載
の隔膜式光電気化学素子。
(9) The diaphragm (2) is constructed by laminating an N-type semiconductor film (1n) and a P-type semiconductor film (1P). The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of the items.
(10)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、半導体(1)の酸化槽(4a)
に接する面には酸化を助長する物質が付設されている特
許請求の範囲第(2)項乃至第(9)項のいずれかの項
に記載の隔膜式光電気化学素子。
(10) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and the oxidation tank (4a) for semiconductor (1)
The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (9), wherein a substance that promotes oxidation is attached to the surface in contact with the diaphragm type photoelectrochemical device.
(11)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、半導体(1)の還元槽(4b)
に接する面には還元を助長する物質が付設されている特
許請求の範囲第(2)項乃至第(10)項のいずれかの
項に記載の隔膜式光電気化学素子。
(11) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and a reduction tank (4b) for the semiconductor (1).
The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (10), wherein a substance that promotes reduction is attached to a surface in contact with the diaphragm.
(12)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、酸化槽(4a)内の電解液(3
a)には酸化を促進させる物質が混入されている特許請
求の範囲第(2)項乃至第(8)項のいずれかの項に記
載の隔膜式光電気化学素子。
(12) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and the electrolyte (3) in the oxidation tank (4a)
The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (8), wherein a) contains a substance that promotes oxidation.
(13)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、還元槽(4b)内の電解液(3
b)には還元を促進させる物質が混入されている特許請
求の範囲第(2)項乃至第(12)項のいずれかの項に
記載の隔膜式光電気化学素子。
(13) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and the electrolyte (3) in the reduction tank (4b)
The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (12), wherein b) contains a substance that promotes reduction.
(14)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、還元槽(4b)には電解液(3
b)として金属が溶解されたメッキ液が供給されている
特許請求の範囲第(2)項乃至第(5)項のいずれか、
又は第(7)項、若しくは第(9)項乃至第(13)項
のいずれかの項に記載の隔膜式光電気化学素子。
(14) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and the reduction tank (4b) has an electrolyte (3
Any one of claims (2) to (5), in which a plating solution in which metal is dissolved is supplied as b),
Or the diaphragm-type photoelectrochemical device according to item (7) or any one of items (9) to (13).
(15)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、還元槽(4b)には電解液(3
b)として酸性水溶液が供給されている特許請求の範囲
第(2)項乃至第(13)項のいずれかの項に記載の隔
膜式光電気化学素子。
(15) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b), and the reduction tank (4b) has an electrolytic solution (3
The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (13), wherein an acidic aqueous solution is supplied as b).
(16)前記電解槽(4)には、電解液(3)内に有機
化合物を含む水溶液が供給されている特許請求の範囲第
(2)項乃至第(13)項のいずれかの項に記載の隔膜
式光電気化学素子。
(16) The electrolytic cell (4) is supplied with an aqueous solution containing an organic compound in the electrolytic solution (3). The diaphragm type photoelectrochemical device described above.
(17)前記電解層(4)には、電解液(3)内に有機
溶媒を含む非水溶液が供給されている特許請求の範囲第
(2)項乃至第(13)項いずれかの項に記載の隔膜式
光電気化学素子。
(17) The electrolytic layer (4) is supplied with a non-aqueous solution containing an organic solvent in the electrolytic solution (3). The diaphragm type photoelectrochemical device described above.
(18)前記電解槽(4)には、電解液(3)として廃
液が供給されている特許請求の範囲第(2)項乃至第(
13)項のいずれかの項に記載の隔膜式光電気化学素子
(18) The electrolytic cell (4) is supplied with waste liquid as the electrolytic solution (3).
13) The diaphragm-type photoelectrochemical device according to any one of the items.
(19)前記二つの電解槽は、酸化槽(4a)と還元槽
(4b)とで構成され、酸化槽(4a)と還元槽(4b
)とは導電材(8)で導通されている特許請求の範囲第
(2)項乃至第(18)項のいずれかの項に記載の隔膜
式光電気化学素子。
(19) The two electrolytic cells are composed of an oxidation tank (4a) and a reduction tank (4b).
) is electrically connected by a conductive material (8), the diaphragm type photoelectrochemical device according to any one of claims (2) to (18).
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