JPWO2011030546A1 - ガス生成装置およびガス生成方法 - Google Patents
ガス生成装置およびガス生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011030546A1 JPWO2011030546A1 JP2011530752A JP2011530752A JPWO2011030546A1 JP WO2011030546 A1 JPWO2011030546 A1 JP WO2011030546A1 JP 2011530752 A JP2011530752 A JP 2011530752A JP 2011530752 A JP2011530752 A JP 2011530752A JP WO2011030546 A1 JPWO2011030546 A1 JP WO2011030546A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- photocatalyst
- containing layer
- cathode electrode
- hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 52
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 425
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 370
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 211
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 198
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 116
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 115
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 92
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 118
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 105
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 46
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 36
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 30
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims description 5
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 claims description 3
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N oxogermanium Chemical compound [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 3
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 307
- 239000002585 base Substances 0.000 description 60
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 48
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 48
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 48
- 239000010408 film Substances 0.000 description 43
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 23
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 21
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 19
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 16
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 4
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 4
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- XXQBEVHPUKOQEO-UHFFFAOYSA-N potassium superoxide Chemical compound [K+].[K+].[O-][O-] XXQBEVHPUKOQEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 3
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910001872 inorganic gas Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N sodium peroxide Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][O-] PFUVRDFDKPNGAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 1
- 101100000320 Caenorhabditis elegans aak-1 gene Proteins 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229920001646 UPILEX Polymers 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPVZYKOCBBOXEP-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Fe+2].[Sn+4].[In+3] Chemical compound [O-2].[Fe+2].[Sn+4].[In+3] QPVZYKOCBBOXEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 description 1
- IGGYEOUOHHZFSP-UHFFFAOYSA-N bismuth rhodium Chemical compound [Rh].[Bi] IGGYEOUOHHZFSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010559 graft polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010303 mechanochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000113 methacrylic resin Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 1
- 239000011116 polymethylpentene Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/50—Processes
- C25B1/55—Photoelectrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B5/00—Electrogenerative processes, i.e. processes for producing compounds in which electricity is generated simultaneously
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Description
2e−+2H+ → H2(Pt上で) (式102)
H2O 2hν → H2+(1/2)O2 (式103)
例えば、白金担時した酸化チタン粉末を、ガラスセルに水を含む電解水中に分散させ、紫外光を照射して水素発生量を測定するという実験を行った場合、紫外光を照射する方向の違いにより、水素ガスの発生量が大きく異なることが確認されている。また、図2(a)に示すように、光触媒である白金担持酸化チタン粉体42が分散する電解液12に対して光7(紫外光)を下から照射すると水素ガス33の発生量は少ないが、逆に図2(b)に示すように光7を電解液12の表面側から照射すると水素ガス33の発生量が増加するということが知られている。光触媒42としては、酸化チタン粉体40に白金微粒子41を担持させたものが例示される。これは、図3に示すように、光7が照射されて担持白金上に形成された水素ガス33の気泡が、白金担持光触媒42の上に形成された酸素ガス23の気泡と白金上で会合することにより、水に戻ってしまう逆反応が生じるためである。
しかし、このような形で気液界面を利用して、光触媒により発生した水素と酸素の逆戻り反応を完全に阻止しようとする試みは過去になされてこなかった。
アノード電極(光触媒担持電極)は、光触媒反応により電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む光触媒含有層を有する。カソード電極は、光触媒含有層における光触媒反応により電解液で生成された水素イオンおよび電子から水素ガスを生成する。貫通孔(第一および/または第二貫通孔)は、アノード電極またはカソード電極の少なくとも一方に設けられ、電解液を通過させず、かつ生成された酸素ガスまたは水素ガスを通過させる。そして、ガス収容部(第一および/または第二ガス収容部)は、貫通孔を通過した酸素ガスまたは水素ガスを収容する。
光7(紫外光または可視光)が受光窓4および電解液槽10を通過して、光触媒含有層27に照射されることにより、光触媒反応が生じて電解液に酸素とプロトンが形成される。ここで、形成されたプロトンは助触媒含有層43の表面にて初めて水素に変化する。
このプロトンから水素に変化する際には電子も必要であるが、この電子の供給ルートはいくつかの手段があり、その代表的な例は図10に後述している。プロトンは、光触媒含有層27から助触媒含有層43に電解液中を泳導することにより到達する。従って、このプロトンの泳導距離は短い方が好ましい。しかし、図5(a)の示す重要な点は、光触媒含有層27および助触媒含有層43にて発生した酸素と水素が相互に出会うことがなく、言い換えると酸素と水素とが会合によって水に逆戻り反応してしまう前に、気液分離を目的とする貫通孔111、113によって分離され、会合する機会を失うことにより、効率よく水素ガスの捕集が行われることにある。なお、助触媒含有層43を含むカソード電極3に光7が照射されることは任意である。
これにより、受光窓4を通過した励起光7は、第一ガス収容部21または第二ガス収容部31を通じて基材25(透光性基材28)に入射し、さらに基材25を通過して光触媒含有層27または助触媒含有層43に至り、電解液槽10に貯留された電解液12に対して電解作用を及ぼす。
ΔP(=P1−P2) ≦ −4γcosθ/W = Δp ・・・ (1)
同様に図6(c)に示すように、貫通孔111の開口部51が直径Wの円形状の場合、電解液12を貫通孔111の深さ方向に押し込むのに必要な力は、−πWγcosθとなる。これを貫通孔111の面積(π・W2/4)で除して圧力に換算すると、この場合もヤング−ラプラスの式は上式(1)のようになる。
W=1000μmにおける Δp= 96Pa = 0.9cm−水柱
W= 500μmにおける Δp= 193Pa = 1.9cm−水柱
W= 100μmにおける Δp= 957Pa = 9.6cm−水柱
W= 50μmにおける Δp=1914Pa =19.2cm−水柱
同様に、アノード電極2またはカソード電極3のうちガス収容部21、31が設けられた裏面側は、電解液12に対して疎液性であることが好ましい。
本方法は、液接触工程と照射工程と捕集工程とを含む。
液接触工程では、光触媒反応により電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む光触媒含有層27を有するアノード電極2と、光触媒含有層27における光触媒反応により生成された電解液中の水素イオンと電子とから水素ガスを生成するカソード電極3と、に電解液を接触させる。
照射工程では、光触媒含有層27に光触媒の励起光を照射する。
そして、捕集工程では、アノード電極2で生成された酸素ガスまたはカソード電極3で生成された水素ガスの少なくとも一方を、このアノード電極2またはカソード電極3に設けられた複数の貫通孔111、113を通じて捕集する。
図11は、本実施の形態における光触媒セル(アノードセル)1の構成を示した模式図である。図11(a)は光触媒セル1の側面断面図であり、図11(b)は光触媒セル1の正面図である。光触媒セル1は、アノード電極2を備え、助触媒セル(カソードセル)とともに用いることでガス生成装置100を構成する部材である。
基材25は、光触媒含有層27に含まれる触媒を励起する励起光に対して透明である透光性基材28を用いることもできる。これにより、光触媒はガス生成機能を発揮することができる。受光窓4から入射した励起光は、アノード電極2を透過し、裏面側から光触媒担持面20の光触媒含有層27に照射されて、光触媒機能が発揮される。
なお、アノード電極2の基材25が励起光に対して不透明である場合、アノード電極2に対向するカソード電極3を励起光に対して透明な材料から形成し、光触媒含有層27に励起光を照射可能に構成することが好ましい。
また、二元の化合物なども用いることができる。例えば、ArTiO3、AgNdO3やAgNbO3、Ga2O3−In2O3混合化合物、AgTaO3、AgNbO3、AgInZSなどの銀系化合物、In2O3−ZnO系化合物や、BiVO4のような化合物なども好ましい。
また、これらの酸化物、窒化物、硫化物からなる化合物に対し、別の元素をドーピングすることも可能である。ドーピングする材料として、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒソ、セレン、モリブデン、パラジウム、銀、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、テルル、タングステンなどが挙げられる。
また、光触媒がシート基板を侵食しない溶剤に溶ける場合は、スピンコート法、スクリーン印刷法、スプレー法などの形成方法が好適に採用される。上記の形成直後、これらの光触媒はアモルファス状態であるので、光励起で生成した電子・正孔が反応表面に達する前に欠陥やディスオーダーで捕捉されてしまい、触媒機能が期待できない。そこで結晶化を進めるために、加熱処理が行なわれる。加熱温度は200℃〜700℃の範囲が好ましい。また、結晶化が行われている光触媒を用いることにより、加熱処理が不要もしくは200℃に満たない温度での光触媒を触媒分散溶液として含まれる樹脂組成物(バインダ)を除去するための加熱処理を行うことで対処できる。
図14は、助触媒セル(水素ガス生成用電解セル)6の模式図である。図14(a)は、助触媒セルの側面断面図である。図14(b)は助触媒セルの正面図である。
以下、上記の光触媒セルおよび/または上記の助触媒セルを用いたガス生成装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態のガス生成装置100は、図11に示した光触媒セル1にカソード電極3を配した装置を用いている。さらに詳しく説明すると、図15は、図11に示した光触媒セル1を電解液槽10内に装着したガス生成装置100の側面断面図であり、図16はガス生成装置100の正面図である。本実施形態のガス生成装置100は、アノード電極2を有する光触媒セル1を、支持棒に固定したカソード電極3として白金電極を有する電解液槽10内に装着したものである。
本実施形態のガス生成装置100は、図14に示した助触媒セル6を用いアノード電極2を挿入した装置を用いている。図17は、図14に示した助触媒セル6を電解液槽10内に装着したガス生成装置100の側面断面図である。本実施形態のガス生成装置100は、カソード電極3を有する光触媒セル1を、アノード電極2を有する電解液槽10内に装着したものである。
本実施形態のガス生成装置100は、図11に示した光触媒セル1と、図14に示した助触媒セル6とを用いて構成されている。
図18は本実施形態のガス生成装置の側面断面図であり、図19はカソード電極3側からの正面図であり、図20は上面図である。
本実施形態のガス生成装置100は、水平に配置されたカソード電極3の上方にアノード電極2を平行に配置し、太陽光等の上方向から照射される励起光に対して略直角になるようにアノード電極2を設けられたガス生成装置100(太陽光対応ガス生成装置)である。本実施形態のガス生成装置100は、水平に設置されたアノード電極2と、その下方に平行に設置されたカソード電極3とを備えている。
図25に示す第5実施形態は、第4実施形態とは逆に、カソード電極3をアノード電極2の上に設置した場合の太陽光対応のガス生成装置100の側面断面図である。本実施形態のガス生成装置100は、水平に設置されたカソード電極3と、その下方に平行に設置されたアノード電極2とを備える。
図26(a)、(b)は、第6実施形態のアノードカソード一体型電極50の斜視図である。
本実施形態のカソード電極3およびアノード電極2は、それぞれ帯状をなしている。アノード電極2には複数の第一貫通孔111がそれぞれ形成され、またカソード電極3には複数の第二貫通孔113がそれぞれ形成されている。第一貫通孔111と第二貫通孔113とは千鳥格子状などに規則配置されている。
本実施形態におけるアノードカソード一体型電極50は、図27の概略上面図に示すように、光触媒含有層27が第一貫通孔111の周縁部に沿ってリング状に形成されている。リング状に形成された光触媒含有層27の幅は1μm以上である。
2個の正孔h+は、H2Oを酸化し2個のH+(プロトン)と2分の1個のO2(酸素分子)を生成する(背景技術として説明した式101)。このO2は気体状態のまま直ちに第一貫通孔111を通過し、裏面側に移動する。水は前述するヤング−ラプラス圧のために気液界面52を形成し第一貫通孔111内部へは侵入しない(上式(2)を参照)。
本実施形態のアノードカソード一体型電極50において、光触媒含有層27は第一貫通孔111の開口部の周縁部に設けられ、助触媒含有層43は第二貫通孔113の開口部の周縁部に設けられている。したがって、本実施形態のガス生成装置は、酸素ガスおよび水素ガスの生産効率が向上するとともにこれらのガスの分離性に優れる。
受光窓4からの励起光を光触媒含有層27が受光すると、光触媒含有層27は光触媒反応により、H+と電子e−を生成する。そして、助触媒含有層43には、電解液中のH+と電子e−から水素ガスを生成する。本実施形態において、第二貫通孔113の内壁には助触媒が担持されておらず、内壁において水素ガスは発生しない。そして、第二貫通孔113の内壁が疎水性であるので、電解液12は侵入することができず、貫通孔の開口部に電解液14面とガス相の面である気液界面52(図28を参照)が形成される。この気液界面52が形成される機構は、前述するヤング−ラプラス圧によるものである。
本実施形態のガス生成装置を、図29を参照して説明する。なお、本実施形態においては、ガス生成装置が光触媒セルに装着された例を省略しているが、本明細書に記載のいずれの光触媒セルにも用いることができる。
図30は、本実施の形態におけるアノードカソード一体型電極を備えたガス生成装置100の構成を示す模式図であり、図30(a)はアノードカソード一体型電極を備えたガス生成装置100の側面断面図である。図30(b)は、電解が行なわれる面側(光を受光する面側)から見たアノードカソード一体型電極を備えたガス生成装置100の正面図である。
本実施形態におけるガス生成装置100は、図32(a)の光触媒セル1の概略上面図に示すように、光触媒含有層27からなる領域に、複数の第一貫通孔111が開口しており、助触媒含有層43からなる領域に、複数の第二貫通孔113が開口している。図32(b)は、第一貫通孔111および第二貫通孔113の位置関係を示す光触媒セル1の短辺側における側面断面図を示し、図32(c)は長辺側における側面断面図を示す。
電解液は電解液供給管131から電解液槽12内に供給され、ガス生成装置100とガラス板71の間を通過し、電解液排出管132から排出される。
まず、新しい電解液は図示しない貯留槽に保管されており、開けられた保給水バルブ137を通り電解液ポンプ135によって電解液フィルタ槽136に送液され、異物などが除去される。
電解液が消費されるとバルブ137を通して排液され、再度新しい電解液が供給される。
なお、図32(b)と、図32(c)、(d)とでは、酸素ガス排出管101および水素ガス排出管103の接続位置が異なるが、装置の構成に合わせて適宜変更することができる。
本実施形態におけるガス生成装置100は、第10実施形態におけるガス生成装置100に比べ、第一ガス収容部21および第二ガス収容部31の配置のみが異なるため、相違点のみ説明する。
次に、アノードカソード一体型電極を備えたガス生成装置100の作成方法について説明する。
まず、基材5に貫通孔を設ける。加工方法は、基材一面に均一な孔形状を周期的に形成できる方法を用いることができる。例えば回転ドリルによる切削やエッチング法などで好適に形成される。
次に光触媒含有層27と同様にイオンプレーティング法、化学蒸着法、真空蒸着法、スパッタ法、スピンコート法、スクリーン印刷法、スプレー法、キャスト法などで助触媒含有層43を成膜し、最後に残ったレジストをレジスト部分に付着した助触媒と共に剥離することで助触媒含有層43を選択的にパターニングすることが可能になる。
固体表面の分散性や濡れ性、接着性、吸着性などの界面化学的性質を制御するための代表的な表面修飾の方法として、(1)カップリング剤修飾法、(2)高分子のグラフト共重合法、(3)カプセル化法、(4)ゾル−ゲル法、などが挙げられる。
カプセル化法は、固体粒子を高分子膜で被覆する方法で、一般にグラフト重合化法に比べて厚い膜が形成されるのが特徴であり、膜と固体表面間に化学結合が形成される必要はない。
ゾル−ゲル法では、アルコキシドを原料として固体表面を無機ガラスによって被覆する。
図35は、本実施形態のガス生成装置100の側面図である。図36は、このガス生成装置100の平面図である。
図35は、側面からその断面構造を見たものであり、図36はアノード電極2およびカソード電極3の配置を表すため、電極部分に限ってその上面からの配置を示したものである。また、図35(b)および図36(b)は、各図(a)の破線で囲った部分を拡大して図示したものである。
図39は、本実施形態のガス生成装置100の側面図である。図40は、このガス生成装置100の平面図である。
図42各図は、本実施形態のガス生成装置100の説明図である。本実施形態のガス生成装置100は、アノード電極2に縦長の貫通スリット115を形成し、この貫通スリット115に気液分離機能を持たせたスリット型である。
図44は、本実施形態のガス生成装置100の側面図である。本実施形態のガス生成装置100は、円弧状に形成されて可撓性を有するフレキシブル型である。
第9実施形態に示したアノードカソード一体型電極を備えたガス生成装置100(図30および図31参照)を例にとり、生成されたガスの発生量を、以下のように測定することができる。なお、図48に示すような簡易的に構成されたガス生成装置を用いて説明する。
貫通孔のない光触媒含有層を有したアノード電極と、貫通孔を有しかつ助触媒層を有するカソード電極とを対向配置させた実施例である。
透明導電膜であるITO(インジウム錫酸化物)膜をスパッタ法で形成した厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを透光性基材28として用意し、外形を2cm×2cmの正方形にカットした。
このフィルム片の内側の1cm×1cmの正方形の領域に、アナターゼ型光触媒酸化チタン塗工用ペースト(ペクセルテクノロジーズ社製)をスプレー法で厚さが20μmになるように塗布し、光触媒含有層27とした。そして、塗布形成した光触媒含有層を140℃で1時間乾燥させて残存有機物や溶媒を蒸発させた。このようにして光触媒担持面20を有する光触媒アノード電極を形成した。次いで、四フッ化炭素ガスを用いた真空プラズマ処理により、光触媒からなるアノード電極2の背面を撥水処理し貫通孔の形成されていないアノード電極2を完成させた。
この助触媒セル6に、先に作成した貫通孔の形成されていないアノード電極2を、貫通孔を有するカソード電極に対向するように装着して、図17に示すガス生成装置100を完成させた。
貫通孔のないアノード電極2と貫通孔を有するカソード電極3の対向間隔を0.5mmに設定した。電解液供給管131から炭酸ナトリウム30gを蒸留水100ccに溶解させた電解液12を供給した。尚、装着後にアルゴンガス供給管102にアルゴンガスを流して、第一ガス収容部21および第二ガス収容部31の内部を十分にパージして、系内の不要なガスを追い出してから使用した。
これを単位時間当たりの水素発生量に換算すると、0.44μmol/hrになり、酸化チタン光触媒の単位重量当たりでは112μmol/g/hrに相当する。
実施例1と同じく、貫通孔のないアノード電極と、貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させた実施例である。
カソード電極3の製法において、化学エッチング法を用いて孔径を30μm、孔ピッチを50μmの貫通孔を設けたカソード電極3を形成した。実施例1と同じように、図14に示すような助触媒セル6を作製し、同じく実施例1と同じように貫通孔のないアノード電極2を形成し、図17に示すガス生成装置100を完成させた。このような貫通孔のないアノード電極と、貫通孔を有するカソード電極を対向配置させたガス生成装置100を用いて水素ガスを測定したところ、水素濃度は1436ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は164μmol/g/hrであった。
(実施例3)
実施例1および実施例2と同じく、貫通孔のないアノード電極と、貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させた実施例である。
カソード電極3の製法において、レーザー加工法を用いて孔径を10μm、孔ピッチを40μmの貫通孔を設けたカソード電極3を形成した。実施例1と同じように、図14に示すような助触媒セル6を作製し、同じく実施例1と同じように貫通孔のないアノード電極2を形成し、図17に示すガス生成装置100を完成させた。このような貫通孔のないアノード電極と、貫通孔を有するカソード電極を対向配置させたガス生成装置100を用いて実施例1および実施例2と同じように水素ガスを測定したところ、水素濃度は1310ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は150μmol/g/hrであった。
貫通孔を有するアノード電極と、同じく貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させた実施例である。
光触媒からなるアノード電極2の製法において、ITO付きPETフィルムにNC加工機を用い孔径80μm、孔ピッチ160μmで貫通孔を1cm×1cmの領域に形成した後、外形を2cm×2cmの正方形にカットし多孔フィルムとし、下側から窒素ガスを吹き当てながら上方から酸化チタンペーストをスプレー塗布することで、孔が酸化チタンで埋まらないように配慮して光触媒塗布層とした。塗布厚みは約20μmに調整した。
カソード電極3に関しては、実施例2と同じく孔径を30μm、孔ピッチを50μmの多孔フィルムにした。
同様に紫外線を1時間照射して水素ガスを測定したところ、水素濃度は212ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は24μmol/g/hrであった。
貫通孔を有するアノード電極と、同じく貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させ、かつリード線の代わりに電極間に電子輸送材を配した構成の実施例である。
通電用ワイヤ202を取り除き、その代替機能として電子輸送材としての金属多孔質チタン(大阪チタニウムテクノロジーズ製の多孔質チタン、型番:タイポラス−45)をアノード電極2とカソード電極3の間に挿入した以外は実施例4と同様にして水素ガスを測定したところ、水素濃度は359ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は41μmol/g/hrであった。
貫通孔を有するアノード電極と、同じく貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させ、かつアノード電極の形状を変化させたものである。
アノード電極2の製法において、レーザー加工法で孔径を30μm、孔ピッチを60μmの貫通孔を設けた多孔フィルムにした以外は実施例4と同様にして水素ガスを測定したところ、水素濃度は2226ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は255μmol/g/hrであった。
貫通孔を有するアノード電極と、同じく貫通孔を有するカソード電極とを対向配置させ、かつアノード電極の形状を変化させたものである。
アノード電極2の製法において、レーザー加工法で孔径を10μm、孔ピッチを40μmの貫通孔を設けた多孔フィルムにした以外は実施例4と同様にして水素ガスを測定したところ、水素濃度は1303ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は149μmol/g/hrであった。
アノードカソード一体型電極を用いた実施例である。
ポリイミド(宇部興産製、型番UPILEX、厚さ0.5mm)の薄膜シートを基材25として1辺が15.4mmの正方形の試験片に切り出し、この試験片に対してNC加工機(FANUC製、型番Series 21i-MB)で100μm直径の孔を200μmピッチで貫通・形成し、第一貫通孔111および第二貫通孔113を有する基材を作成した。基材の片方の表面にスパッタ装置(芝浦メカトロニクス製、型番CFS−4ES)を用いて二酸化チタンを厚さ250nmでスパッタし、光触媒含有層27を形成した。スパッタガスにはアルゴンガスと酸素ガスを1対1の流量割合で用いた。
スパッタ条件は、シートを300℃に加熱してRF電源にてスパッタパワー300W、ガス圧は2.0Pa(1.5×10−2 Torr)で行った。この二酸化チタン膜試料をX線回折法で分析したところ、2θ=25.4°にアナターゼ単結晶の(101)面の回折ピークを検出し、この二酸化チタンのスパッタ膜がアナターゼ結晶形であることを確認した。
次に、第一貫通孔111および第二貫通孔113の内壁と裏面に対して選択的に疎水化処理を行なった。まず前処理としてスパッタ装置(芝浦メカトロニクス製、型番CFS−4ES)でSiO2をシート裏面側に厚さ10nmスパッタした。スパッタガスにはアルゴンガスを用いた。スパッタ条件は、RF電源にてスパッタパワー200W、ガス圧は1.0Pa(7.5×10−3 Torr)で行った。次にヘキサメチルジシラザンの蒸気雰囲気にした密閉容器中にシートを封入し、約10時間気相反応を行った。基材裏面の水接触角を測定したところ処理前では60度であったのが処理後で100度になり、疎水化されたことを確認し、アノードカソード一体型電極を完成した。
アノードカソード一体型電極を用いた実施例である。
アノードカソード一体型電極の製造方法において、ペクセルテクノロジーズ社(株)製の二酸化チタンペーストをスクリーン印刷法で膜厚20μmになるように膜を形成し、塗布形成した光触媒含有層を140℃で1時間乾燥させて残存有機物や溶媒を蒸発させて、多孔質膜にした以外は実施例8と同じ条件で、水素の気体発生量を測定したところ水素濃度は3040ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は348μmol/g/hrであった。
図1に示す従来型の光触媒電解装置を用いて実験を行った。電解質として、0.1Nに相当する硫酸を水道水に入れて紫外線照射量1600mW/cm2を照射した実験を行ったところ、光触媒含有層27を含むアノード電極2および助触媒含有層43を含むカソード電極3から僅かな気泡の付着を確認した。しかし、発生した気泡は僅かのために、酸素ガス検知管、水素ガス検知管を用いて確認するに至らなかった。次いで、1Nの希硫酸液に入れ替えて実験を行ったが、気泡が夫々の電極に付着と、時々電極から離脱しているのを確認できる程度で、明確なガスの発生を確認することができなかった。さらに、水道水を用いて実験を行ったところ、気泡の発生は全く確認することができなかった。
貫通孔を有さないアノードカソード一体型電極を用いた比較例である。
アノードカソード一体型電極の製造方法において、貫通孔を光触媒電極と助触媒電極のどちらにも設けず、ガス収集口を接液面側に設けた以外は実施例8と同じ条件で、水素の気体発生量を測定したところ、水素濃度は30ppmで酸化チタン光触媒の単位重量当たりの水素発生量は3μmol/g/hrであった。また、電極表面に気泡が大量に付着した。
Claims (48)
- 水を含む電解液から酸素ガスおよび/または水素ガスを生成するガス生成装置であって、
光触媒反応により前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む光触媒含有層を有するアノード電極と、
前記光触媒含有層における光触媒反応により前記電解液で生成された水素イオンおよび電子から水素ガスを生成するカソード電極と、
前記アノード電極または前記カソード電極の少なくとも一方に設けられ、前記電解液を通過させず、かつ生成された前記酸素ガスまたは前記水素ガスを通過させる複数の貫通孔と、
前記貫通孔を通過した前記酸素ガスまたは前記水素ガスを収容するガス収容部と、
を備えるガス生成装置。 - 前記光触媒含有層が多数の空孔を含む多孔質材料であり、前記光触媒が前記空孔に露出している請求項1に記載のガス生成装置。
- 前記空孔が前記貫通孔の内壁面に露出している請求項2に記載のガス生成装置。
- 前記貫通孔の内壁面に露出した前記空孔が、他の空孔と互いに連通している請求項3に記載のガス生成装置。
- 複数の前記貫通孔が、前記アノード電極または前記カソード電極に規則的に配置されている請求項1から4のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 隣接する前記貫通孔の重心間距離が0.1μm以上800μm以下である請求項5に記載のガス生成装置。
- すべての前記貫通孔が、隣接する他の前記貫通孔との重心間距離が0.1μm以上800μm以下である請求項6に記載のガス生成装置。
- 前記重心間距離が、前記貫通孔の開口直径の1.5倍以上5倍以下である請求項6または7に記載のガス生成装置。
- 隣接する前記貫通孔の近接縁間距離が0.1μm以上400μm以下である請求項5から8のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記光触媒含有層の層厚が0.25μm以上100μm以下である請求項1から9のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記光触媒の励起光を透過させるとともに該励起光を前記光触媒含有層に照射する受光窓をさらに備える請求項1から10のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記アノード電極が、前記光触媒含有層を支持する基材を備え、
前記基材が、前記励起光を透過する材料から構成されている請求項11に記載のガス生成装置。 - 前記受光窓が、前記基材を介して前記光触媒含有層の反対側に配置され、
前記受光窓を透過した前記励起光が、前記基材をさらに透過して前記光触媒含有層に照射されることを特徴とする請求項12に記載のガス生成装置。 - 前記カソード電極が前記励起光を透過する材料から構成され、かつ、
前記受光窓が前記カソード電極に対向して配置されて、前記受光窓を透過した前記励起光が、前記カソード電極をさらに透過して前記光触媒含有層に照射されることを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載のガス生成装置。 - 前記カソード電極と、前記アノード電極の前記光触媒含有層と、が互いに対向して配置されている請求項1から14のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極に設けられた前記貫通孔と対向する位置に、前記アノード電極の前記光触媒含有層が形成されている請求項15に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極が、前記光触媒の励起光を受光することにより水素ガスを生成する助触媒含有層を含み、
前記アノード電極に設けられた前記貫通孔と対向する位置に、前記カソード電極の前記助触媒含有層が形成されている請求項15に記載のガス生成装置。 - 前記カソード電極または前記アノード電極に設けられた前記貫通孔がスリット形状である請求項16または17に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極および前記アノード電極がともにスリット形状の貫通孔を備え、かつ、前記カソード電極と前記アノード電極とが対向して配置された状態で、前記スリット形状の貫通孔が互いにずれあっている請求項18に記載のガス生成装置。
- 所定の間隔をあけて互いに平行に配置された前記カソード電極および前記アノード電極からなる電極対が、面直方向に湾曲または屈曲可能な可撓性を有している請求項15から19のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極が、前記光触媒の励起光を受光することにより水素ガスを生成する助触媒含有層を含み、
前記アノード電極の前記光触媒含有層と前記カソード電極の前記助触媒含有層との間に、導電性の材料からなり、かつ前記電解液の透過が可能な電子移動層を備える請求項15から20のいずれか一項に記載のガス生成装置。 - 前記カソード電極と前記アノード電極とが、共通の基材に支持されて横並びに配置されている請求項1から14のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 複数の前記カソード電極と複数の前記アノード電極とが互いに隣接して配置されている請求項22に記載のガス生成装置。
- 前記アノード電極に設けられて、前記電解液を通過させず前記酸素ガスを通過させる第一の貫通孔と、
前記カソード電極に設けられて、前記電解液を通過させず前記水素ガスを通過させる第二の貫通孔と、を備える請求項23に記載のガス生成装置。 - 前記第一の貫通孔の開口に設けられて前記酸素ガスを収容する第一の前記ガス収容部と、前記第二の貫通孔の開口に設けられて前記水素ガスを収容する第二の前記ガス収容部と、を備える請求項24に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極が、前記光触媒の励起光を受光することにより水素ガスを生成する助触媒含有層を含み、
前記光触媒含有層が前記第一の貫通孔の近傍に配置され、前記助触媒含有層が前記第二の貫通孔の近傍に配置されている請求項24または25に記載のガス生成装置。 - 前記光触媒含有層が前記第一の貫通孔の開口部の周縁部にリング状に設けられ、前記助触媒含有層が前記第二の貫通孔の開口部の周縁部にリング状に設けられている請求項26に記載のガス生成装置。
- 前記カソード電極と前記アノード電極とが電気絶縁性の材料を介して横並びに隣接して設けられ、前記カソード電極と前記アノード電極との隣接間隔が0.01μm以上である請求項26または27に記載のガス生成装置。
- 前記光触媒の励起光を透過させるとともに該励起光を前記光触媒含有層に照射する受光窓を備え、
前記受光窓が、前記光触媒含有層および前記助触媒含有層に対してともに対向する位置に配置されて、前記受光窓を透過した前記励起光が前記光触媒含有層および前記助触媒含有層に照射される請求項26から28のいずれか一項に記載のガス生成装置。 - 前記アノード電極および前記カソード電極が、前記光触媒の励起光を透過する材料からそれぞれ構成され、
前記励起光を透過させるとともに前記光触媒含有層に照射する受光窓が、前記アノード電極および前記カソード電極に対向して、前記光触媒含有層および前記助触媒含有層の反対側に配置されて、
前記受光窓を透過した前記励起光が、前記アノード電極および前記カソード電極をさらに透過して前記光触媒含有層および前記助触媒含有層に照射される請求項26から28のいずれか一項に記載のガス生成装置。 - 前記光触媒含有層または前記助触媒含有層の少なくとも一方が、前記基材に対して傾斜して配置されている請求項26から30のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記光触媒含有層または前記助触媒含有層が、前記基材から突出する凸面部を含む請求項31に記載のガス生成装置。
- 前記凸面部が、互いに対向する一対の立面を含む箱状をなしている請求項32に記載のガス生成装置。
- 前記ガス収容部が、前記凸面部の内部に形成されている請求項32または33に記載のガス生成装置。
- 前記貫通孔の内壁面に疎水化処理が施されている請求項1から34のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記光触媒含有層および前記カソード電極が、前記電解液に対して親液性である請求項1から35のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記アノード電極または前記カソード電極のうち前記ガス収容部が設けられた裏面側が前記電解液に対して疎液性である請求項1から36のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記電解液を貯留して前記アノード電極および前記カソード電極を前記電解液に接触させる電解液貯留部と、
前記電解液貯留部に前記電解液を供給する電解液供給管と、
触媒反応に供された前記電解液を前記電解液貯留部から排出する電解液排出管と、をさらに備える請求項1から37のいずれか一項に記載のガス生成装置。 - 前記光触媒含有層に含まれる光触媒は、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化ジルコニア、酸化ネビジウム、酸化モリブデン、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化アンチモン、酸化鉛および酸化ビスマス等の酸化物、さらに、これらの窒化物、硫化物からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から38のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記助触媒含有層に含まれる助触媒は、白金、ニッケル、ルテニウム、酸化ニッケルおよび酸化ルテニウムよりなる群から選択される少なくとも1種である請求項17、21または26〜34のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 前記励起光を照射する光源をさらに備えることを特徴とする請求項1から40のいずれか一項に記載のガス生成装置。
- 水を含む電解液から酸素ガスおよび/または水素ガスを生成する方法であって、
光触媒反応により前記電解液から酸素ガスを生成する光触媒を含む光触媒含有層を有するアノード電極と、前記光触媒含有層における光触媒反応により生成された前記電解液中の水素イオンと電子とから水素ガスを生成するカソード電極と、に前記電解液を接触させる工程と、
前記光触媒含有層に光触媒の励起光を照射する工程と、
前記アノード電極で生成された前記酸素ガスまたは前記カソード電極で生成された前記水素ガスの少なくとも一方を、該アノード電極または該カソード電極に設けられた複数の貫通孔を通じて捕集する工程と、
を含むガス生成方法。 - 前記光触媒含有層が、前記光触媒が露出する多数の空孔を含む多孔質材料であり、前記空孔の内部で生成された前記酸素ガスまたは前記水素ガスを、前記貫通孔を通じて捕集することを特徴とする請求項42に記載のガス生成方法。
- 前記空孔の内部で生成された前記酸素ガスまたは前記水素ガスを、前記貫通孔の内壁面に露出している他の前記空孔を介して、前記貫通孔より捕集することを特徴とする請求項43に記載のガス生成方法。
- 前記アノード電極が、前記光触媒含有層を支持する基材を備え、
前記基材が、前記励起光を透過する材料から構成されており、
前記基材を透過させた前記励起光を前記光触媒含有層に照射することを特徴とする請求項42から44のいずれか一項に記載のガス生成方法。 - 前記カソード電極が、前記励起光を透過する材料から構成されており、
前記カソード電極を透過させた前記励起光を前記光触媒含有層に照射することを特徴とする請求項42から45のいずれか一項に記載のガス生成方法。 - 前記カソード電極が、前記励起光を受光することにより水素ガスを生成する助触媒含有層を含み、
前記アノード電極または前記カソード電極で反射した前記励起光を、他の前記アノード電極の前記光触媒含有層または前記カソード電極の前記助触媒含有層に照射することを特徴とする請求項42から46のいずれか一項に記載のガス生成方法。 - 前記カソード電極が、前記励起光を受光することにより水素ガスを生成する助触媒含有層を含み、
前記アノード電極または前記カソード電極に設けられた前記貫通孔を通過した前記励起光を、他の前記カソード電極の前記助触媒含有層または前記アノード電極の前記光触媒含有層に照射することを特徴とする請求項42から46のいずれか一項に記載のガス生成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011530752A JP5456785B2 (ja) | 2009-09-09 | 2010-09-08 | ガス生成装置およびガス生成方法 |
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009207777 | 2009-09-09 | ||
JP2009207777 | 2009-09-09 | ||
JP2009214484 | 2009-09-16 | ||
JP2009214484 | 2009-09-16 | ||
JP2011530752A JP5456785B2 (ja) | 2009-09-09 | 2010-09-08 | ガス生成装置およびガス生成方法 |
PCT/JP2010/005506 WO2011030546A1 (ja) | 2009-09-09 | 2010-09-08 | ガス生成装置およびガス生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2011030546A1 true JPWO2011030546A1 (ja) | 2013-02-04 |
JP5456785B2 JP5456785B2 (ja) | 2014-04-02 |
Family
ID=43732225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011530752A Active JP5456785B2 (ja) | 2009-09-09 | 2010-09-08 | ガス生成装置およびガス生成方法 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9528189B2 (ja) |
EP (1) | EP2476782A4 (ja) |
JP (1) | JP5456785B2 (ja) |
KR (1) | KR20120064101A (ja) |
CN (1) | CN102482789B (ja) |
IN (1) | IN2012DN02262A (ja) |
TW (1) | TWI473913B (ja) |
WO (1) | WO2011030546A1 (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8574421B2 (en) * | 2010-03-09 | 2013-11-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Water splitting apparatus and method of using the same |
JP5719555B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2015-05-20 | シャープ株式会社 | 水素製造装置および水素製造方法 |
CN104099635B (zh) * | 2011-04-29 | 2017-02-01 | 谭延泰 | 电解水制氢的装置及其方法 |
WO2016052002A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 富士フイルム株式会社 | 人工光合成モジュール |
JP6559710B2 (ja) * | 2015-01-13 | 2019-08-14 | 富士フイルム株式会社 | 水素発生電極 |
CN104760931B (zh) * | 2015-03-17 | 2016-08-17 | 北京化工大学 | 一种光催化水制氢反应装置及应用 |
EP3356576A1 (en) * | 2015-09-29 | 2018-08-08 | King Abdullah University Of Science And Technology | Scalable photoreactor for hydrogen production |
JP6405475B2 (ja) * | 2015-11-30 | 2018-10-17 | 富士フイルム株式会社 | 人工光合成モジュール |
CN105679880A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-06-15 | 新疆中兴能源有限公司 | 一种光解水用大面积钒酸铋薄膜的简易制备方法 |
BE1023865B1 (fr) * | 2016-02-23 | 2017-08-24 | H2Win S.A. | Dispositif photo-catalytique pour la production d'hydrogene gazeux |
JP6586231B2 (ja) * | 2016-06-07 | 2019-10-02 | 富士フイルム株式会社 | 光触媒電極、人工光合成モジュール及び人工光合成装置 |
CN109415824B (zh) * | 2016-06-23 | 2019-12-27 | 富士胶片株式会社 | 人工光合作用模块及人工光合作用装置 |
EP3647467B1 (en) | 2017-06-30 | 2022-04-06 | Showa Denko K.K. | Anode mounting member of fluorine electrolytic cell, fluorine electrolytic cell, and method for producing fluorine gas |
JP6989762B2 (ja) * | 2017-08-25 | 2022-02-03 | 富士通株式会社 | 光化学電極、及びその製造方法、並びに光電気化学反応装置 |
CN107740134A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-02-27 | 杭州泰博科技有限公司 | 一种光催化阳极电极分解水制氧气的装置及其方法 |
KR102050206B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-11-29 | 인천대학교 산학협력단 | 광 촉매 전극, 그 제조 방법 및 광 촉매 장치 |
JP7086629B2 (ja) * | 2018-02-09 | 2022-06-20 | 株式会社東芝 | 固定層反応装置及び固定層反応方法 |
US11447878B2 (en) * | 2018-03-13 | 2022-09-20 | James Bartkowiak | Hydrogen generating cell |
WO2020230530A1 (ja) * | 2019-05-13 | 2020-11-19 | 国立大学法人新潟大学 | 触媒、電極、水電解方法および触媒の製造方法 |
CN110745778A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-02-04 | 重庆大学 | 激光分解水蒸汽系统 |
CN110694567A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-17 | 佛山市金净创环保技术有限公司 | 一种二氧化钛光催化反应器 |
EP4098774A4 (en) * | 2020-01-27 | 2024-07-31 | Sumitomo Electric Industries | METAL POROUS BODY SHEET AND WATER ELECTROLYSIS DEVICE |
CN111530254A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-08-14 | 苏州庚泽新材料科技有限公司 | 气体处理方法 |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4240882A (en) * | 1979-11-08 | 1980-12-23 | Institute Of Gas Technology | Gas fixation solar cell using gas diffusion semiconductor electrode |
GB2081307A (en) * | 1980-07-08 | 1982-02-17 | Engelhard Min & Chem | Use of electrocatalytic anodes in photolysis |
US4439301A (en) * | 1982-10-07 | 1984-03-27 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Photoelectrochemical cells including chalcogenophosphate photoelectrodes |
US5137607A (en) * | 1990-04-27 | 1992-08-11 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Reactor vessel using metal oxide ceramic membranes |
JPH1043764A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-02-17 | First Ocean Kk | 水電気分解用電極及びそれを用いて水を滅菌する方法 |
US5863491A (en) * | 1997-01-31 | 1999-01-26 | Wang; Chi S. | Photocatalytic reactor for metal recovery from industrial waste streams |
US7485799B2 (en) * | 2002-05-07 | 2009-02-03 | John Michael Guerra | Stress-induced bandgap-shifted semiconductor photoelectrolytic/photocatalytic/photovoltaic surface and method for making same |
CN1328151C (zh) * | 2003-03-26 | 2007-07-25 | 松下电器产业株式会社 | 水的光分解装置和光分解方法 |
JP2004292284A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | 水素発生装置 |
GB2414243A (en) | 2004-03-15 | 2005-11-23 | Hydrogen Solar Ltd | Photoelectrochemical system |
FR2871478B1 (fr) * | 2004-06-15 | 2006-12-22 | Arash Mofakhami | Systeme d'intrusion et de collision cation-electrons dans un materiau non conducteur |
JP2006176835A (ja) * | 2004-12-22 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 水電解装置の製造方法 |
JP2006256901A (ja) | 2005-03-17 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 水素発生装置、水素発生方法及び水素発生システム |
EP1926842A2 (en) * | 2005-05-20 | 2008-06-04 | Electrolyser Corp. | Acidic electrolyzed water production system and protection membrane |
JP2007049559A (ja) | 2005-08-11 | 2007-02-22 | Sony Corp | 情報機器、情報ネットワーク装置および放送ネットワーク装置 |
JP2007051318A (ja) | 2005-08-17 | 2007-03-01 | Nissan Motor Co Ltd | 食塩水電解装置 |
JP2007107043A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Japan Science & Technology Agency | 光触媒用集電電極、光反応素子および光触媒反応装置、並びに光電気化学反応実行方法 |
KR101306214B1 (ko) | 2005-10-24 | 2013-09-09 | 미쓰이 가가쿠 가부시키가이샤 | 마이크로칩 디바이스 |
CN1900366A (zh) * | 2006-01-10 | 2007-01-24 | 四川大学 | 利用太阳能直接分解水制氢的离子隔膜光电解池 |
JP5271896B2 (ja) * | 2007-04-20 | 2013-08-21 | 三井化学株式会社 | 電気分解装置、それに用いる電極および電気分解方法 |
US8388818B1 (en) * | 2007-07-16 | 2013-03-05 | Shalini Menezes | Photoelectrochemical generation of hydrogen |
JP5251170B2 (ja) | 2008-03-06 | 2013-07-31 | オムロン株式会社 | 台間機のロック解除装置 |
JP2009214484A (ja) | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Toppan Printing Co Ltd | カードの製造方法およびカード |
US20120279872A1 (en) * | 2009-05-20 | 2012-11-08 | Lakehead University | Method and system for combined photocatalytic and electrochemical wastewater remediation |
US8574421B2 (en) * | 2010-03-09 | 2013-11-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Water splitting apparatus and method of using the same |
US8398828B1 (en) * | 2012-01-06 | 2013-03-19 | AquaMost, Inc. | Apparatus and method for treating aqueous solutions and contaminants therein |
-
2010
- 2010-09-08 CN CN201080039759.0A patent/CN102482789B/zh active Active
- 2010-09-08 WO PCT/JP2010/005506 patent/WO2011030546A1/ja active Application Filing
- 2010-09-08 EP EP10815146.5A patent/EP2476782A4/en not_active Withdrawn
- 2010-09-08 JP JP2011530752A patent/JP5456785B2/ja active Active
- 2010-09-08 KR KR1020127008612A patent/KR20120064101A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-09-08 US US13/394,994 patent/US9528189B2/en active Active
- 2010-09-08 IN IN2262DEN2012 patent/IN2012DN02262A/en unknown
- 2010-09-09 TW TW99130559A patent/TWI473913B/zh active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20120064101A (ko) | 2012-06-18 |
TWI473913B (zh) | 2015-02-21 |
EP2476782A4 (en) | 2016-06-01 |
WO2011030546A1 (ja) | 2011-03-17 |
JP5456785B2 (ja) | 2014-04-02 |
US20120168318A1 (en) | 2012-07-05 |
US9528189B2 (en) | 2016-12-27 |
CN102482789A (zh) | 2012-05-30 |
EP2476782A1 (en) | 2012-07-18 |
IN2012DN02262A (ja) | 2015-08-21 |
CN102482789B (zh) | 2014-10-01 |
TW201113396A (en) | 2011-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5456785B2 (ja) | ガス生成装置およびガス生成方法 | |
Song et al. | Highly efficient degradation of persistent pollutants with 3D nanocone TiO2-based photoelectrocatalysis | |
JP2012188683A (ja) | ガス生成装置およびガス生成方法 | |
Reichert et al. | Au/TiO2 photo (electro) catalysis: the role of the Au cocatalyst in photoelectrochemical water splitting and photocatalytic H2 evolution | |
JP6034151B2 (ja) | 光化学反応装置 | |
JP6067344B2 (ja) | 光化学反応システム | |
EP2439313B1 (en) | Photoelectrochemical cell | |
JP2006265697A (ja) | 水分解用半導体光電極 | |
Luo et al. | Self-driven photoelectrochemical splitting of H2S for S and H2 recovery and simultaneous electricity generation | |
JP5641501B2 (ja) | 水素製造装置 | |
KR20130098999A (ko) | 광촉매적 물 분해 | |
JP6371854B2 (ja) | 人工光合成モジュール | |
JP2006256901A (ja) | 水素発生装置、水素発生方法及び水素発生システム | |
EP3006603A1 (en) | Photochemical reaction device and thin film | |
JP2008104899A (ja) | 光触媒膜、光触媒膜の製造方法およびこれを用いた水素発生装置 | |
Lai | Photocatalysis and photoelectrochemical properties of tungsten trioxide nanostructured films | |
JP2007252974A (ja) | 光触媒膜、水分解用半導体光電極およびこれを用いた水分解装置 | |
JP2007528935A (ja) | 水素を直接発生し、収集するための光電池 | |
Wang et al. | Prospects and Promises in Two-Electron Water Oxidation for Hydrogen Peroxide Generation | |
Yu et al. | Effective utilization of visible light (including λ> 600 nm) in phenol degradation with p-silicon nanowire/TiO2 core/shell heterojunction array cathode | |
Chowdhury | Solar and visible light driven photocatalysis for sacrificial hydrogen generation and water detoxification with chemically modified Ti02 | |
US7985397B2 (en) | Method of treating hydrogen sulfide, method of producing hydrogen, and photocatalytic-reaction apparatus | |
Centi et al. | Nano-architecture and reactivity of titania catalytic materials. Part 2. Bidimensional nanostructured films | |
Dzik et al. | All-printed planar photoelectrochemical cells with digitated cathodes for the oxidation of diluted aqueous pollutants | |
JP7327341B2 (ja) | 反応セル用セパレーター、およびそれを用いた反応セル |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130730 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130927 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131029 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131113 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131210 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140108 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5456785 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |