JPH09248465A - 可視光領域で触媒活性をもつ光触媒 - Google Patents
可視光領域で触媒活性をもつ光触媒Info
- Publication number
- JPH09248465A JPH09248465A JP8055134A JP5513496A JPH09248465A JP H09248465 A JPH09248465 A JP H09248465A JP 8055134 A JP8055134 A JP 8055134A JP 5513496 A JP5513496 A JP 5513496A JP H09248465 A JPH09248465 A JP H09248465A
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- Japan
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- photocatalyst
- catalytic activity
- visible light
- light region
- hydrogen
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- 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
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- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可視光領域で触媒活性を示し、層状構造を有
する光触媒を提供する。この光触媒は複合酸化物から成
る。 【解決手段】 可視光領域の光を多く吸収させ、且つ層
状構造を保持するために、一般式ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ
10-Xで表される複合酸化物は、Ａはアルカリ金属元素及
び水素から成る群から選択された１種以上の元素であ
り、Ｂはアルカリ土類金属元素を含む２価の元素から選
択された１種以上の元素であり、Ｃは５価の元素から選
択された１種以上の元素であり、Ｍは３価の元素から選
択された１種以上の元素であり、ｘは０＜ｘ≦３の任意
の数である。
する光触媒を提供する。この光触媒は複合酸化物から成
る。 【解決手段】 可視光領域の光を多く吸収させ、且つ層
状構造を保持するために、一般式ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ
10-Xで表される複合酸化物は、Ａはアルカリ金属元素及
び水素から成る群から選択された１種以上の元素であ
り、Ｂはアルカリ土類金属元素を含む２価の元素から選
択された１種以上の元素であり、Ｃは５価の元素から選
択された１種以上の元素であり、Ｍは３価の元素から選
択された１種以上の元素であり、ｘは０＜ｘ≦３の任意
の数である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水を分解して水素
と酸素の少なくともどちらか一方を生成させる際に使用
される水分解用の光触媒に関する。
と酸素の少なくともどちらか一方を生成させる際に使用
される水分解用の光触媒に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、エネルギー源としては様々なもの
が用いられている。石油や石炭等の化石燃料は、その埋
蔵量は無限ではなく、燃焼させた際に二酸化炭素、窒素
酸化物、硫黄酸化物等が排出される。その結果、二酸化
炭素は地球の温暖化をもたらし窒素酸化物や硫黄酸化物
は酸性雨の要因となって環境破壊をもたらしている。
又、新しいエネルギー源として原子力発電が実用化され
ているが、安全性や廃棄物処理等の問題を抱えている。
が用いられている。石油や石炭等の化石燃料は、その埋
蔵量は無限ではなく、燃焼させた際に二酸化炭素、窒素
酸化物、硫黄酸化物等が排出される。その結果、二酸化
炭素は地球の温暖化をもたらし窒素酸化物や硫黄酸化物
は酸性雨の要因となって環境破壊をもたらしている。
又、新しいエネルギー源として原子力発電が実用化され
ているが、安全性や廃棄物処理等の問題を抱えている。
【０００３】このような状況の下で、エネルギー資源や
地球環境の問題を解決する一方法としてクリーンなエネ
ルギー源の一つである水素が注目されている。水素は燃
焼させても水になるのみであり、環境汚染を引き起こさ
ない。しかし、水素を発生させるために化石燃料等を用
いたのでは意味がなくなってしまう。太陽光は無尽蔵に
あり、水も地球には大量にある。太陽光のエネルギーを
利用して水を分解すれば水素が得られるが、この手段の
一つとして水分解用の光触媒がある。光触媒は一種の半
導体であり、そのバンドギャップ以上のエネルギーを吸
収すると、ホールとエレクトロンを生成し、ホールが水
と反応して酸素と水素イオンを生じ、この水素イオンが
エレクトロンと反応して水素を発生する。
地球環境の問題を解決する一方法としてクリーンなエネ
ルギー源の一つである水素が注目されている。水素は燃
焼させても水になるのみであり、環境汚染を引き起こさ
ない。しかし、水素を発生させるために化石燃料等を用
いたのでは意味がなくなってしまう。太陽光は無尽蔵に
あり、水も地球には大量にある。太陽光のエネルギーを
利用して水を分解すれば水素が得られるが、この手段の
一つとして水分解用の光触媒がある。光触媒は一種の半
導体であり、そのバンドギャップ以上のエネルギーを吸
収すると、ホールとエレクトロンを生成し、ホールが水
と反応して酸素と水素イオンを生じ、この水素イオンが
エレクトロンと反応して水素を発生する。
【０００４】光触媒の中でも層状構造をもつ物質はバル
ク状の物質と違い、層状構造の層間を水分解反応の場と
して利用することで高い触媒活性が得られるため、有用
な物質として知られている。換言すれば、層状構造の物
質はバルク状の物質と比べてより多数の触媒活性点を有
している。更に、層状構造をもたない物質と比較して、
ホール及びエレクトロンの移動距離は、特にその移動方
向が層面に垂直な場合には短くなり、その結果、ホール
及びエレクトロンの再結合の割合が減少し、高い触媒活
性が得られるのである。
ク状の物質と違い、層状構造の層間を水分解反応の場と
して利用することで高い触媒活性が得られるため、有用
な物質として知られている。換言すれば、層状構造の物
質はバルク状の物質と比べてより多数の触媒活性点を有
している。更に、層状構造をもたない物質と比較して、
ホール及びエレクトロンの移動距離は、特にその移動方
向が層面に垂直な場合には短くなり、その結果、ホール
及びエレクトロンの再結合の割合が減少し、高い触媒活
性が得られるのである。
【０００５】従来、層状構造をもち、高い触媒活性を示
す物質としてＫＣａ2 Ｎｂ3 Ｏ10やＫＳｒ2 Ｎｂ3 Ｏ10
などの物質が知られていたが、これらは、紫外光では高
い触媒活性を示すが、可視光領域では吸収をもたないた
め触媒活性を示さなかった。
す物質としてＫＣａ2 Ｎｂ3 Ｏ10やＫＳｒ2 Ｎｂ3 Ｏ10
などの物質が知られていたが、これらは、紫外光では高
い触媒活性を示すが、可視光領域では吸収をもたないた
め触媒活性を示さなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の、層状構造を有
するが紫外光にしか触媒活性を示さない光触媒は、太陽
光スペクトルの波長範囲で僅か５％しか含まれていない
光を利用するだけに限られていた。又、紫外光を１００
％水分解反応に利用できる光触媒も未だ知られていな
い。従って、従来の光触媒を太陽光の下で作用させる場
合、光エネルギーから化学エネルギーへの効率良い変換
はできなかった。
するが紫外光にしか触媒活性を示さない光触媒は、太陽
光スペクトルの波長範囲で僅か５％しか含まれていない
光を利用するだけに限られていた。又、紫外光を１００
％水分解反応に利用できる光触媒も未だ知られていな
い。従って、従来の光触媒を太陽光の下で作用させる場
合、光エネルギーから化学エネルギーへの効率良い変換
はできなかった。
【０００７】よって、本発明の目的は、僅か５％しか含
まれない太陽光中の紫外光領域の光を利用するだけでは
なく、紫外光領域の約９倍多く存在する可視光領域の光
に対しても触媒活性を示すとともに、層状構造を有する
光触媒を提供することである。
まれない太陽光中の紫外光領域の光を利用するだけでは
なく、紫外光領域の約９倍多く存在する可視光領域の光
に対しても触媒活性を示すとともに、層状構造を有する
光触媒を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、光で水を分解
し、水素と酸素の少なくともどちらか一方を発生させる
複合酸化物から成る可視光領域で触媒活性をもつ光触媒
であって、一般式（Ｉ）：ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ10-Xで表
され、前記一般式（Ｉ）において、Ａはアルカリ金属元
素及び水素から成る群から選択された１種以上の元素で
あり、Ｂはアルカリ土類金属元素を含む２価の元素から
選択された１種以上の元素であり、Ｃは５価の元素から
選択された１種以上の元素であり、Ｍは３価の元素から
選択された１種以上の元素であり、ｘは０＜ｘ≦３の任
意の数である、可視光領域で触媒活性をもつ光触媒（請
求項１）である。本発明による光触媒は、その構成元素
中に、可視光を吸収する機能をもつ遷移金属元素Ｍを含
む。
し、水素と酸素の少なくともどちらか一方を発生させる
複合酸化物から成る可視光領域で触媒活性をもつ光触媒
であって、一般式（Ｉ）：ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ10-Xで表
され、前記一般式（Ｉ）において、Ａはアルカリ金属元
素及び水素から成る群から選択された１種以上の元素で
あり、Ｂはアルカリ土類金属元素を含む２価の元素から
選択された１種以上の元素であり、Ｃは５価の元素から
選択された１種以上の元素であり、Ｍは３価の元素から
選択された１種以上の元素であり、ｘは０＜ｘ≦３の任
意の数である、可視光領域で触媒活性をもつ光触媒（請
求項１）である。本発明による光触媒は、その構成元素
中に、可視光を吸収する機能をもつ遷移金属元素Ｍを含
む。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の光触媒は、前記一般式
（Ｉ）：ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ10-Xにおいて遷移金属Ｍを
含むので、可視光領域の光を吸収する。又、構成元素に
おいて、５価の元素が３価の元素に置換されることによ
る光触媒全体の電荷の補償は酸素で行っているので、元
の層状構造が維持できなくなり崩壊してしまうという問
題は生じない。更に、層状構造をとるので、従来と同様
に層間のアルカリ金属はイオン交換可能であり、酸水溶
液中でイオン交換を行えば層間のアルカリ金属をプロト
ンと交換できる。
（Ｉ）：ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ10-Xにおいて遷移金属Ｍを
含むので、可視光領域の光を吸収する。又、構成元素に
おいて、５価の元素が３価の元素に置換されることによ
る光触媒全体の電荷の補償は酸素で行っているので、元
の層状構造が維持できなくなり崩壊してしまうという問
題は生じない。更に、層状構造をとるので、従来と同様
に層間のアルカリ金属はイオン交換可能であり、酸水溶
液中でイオン交換を行えば層間のアルカリ金属をプロト
ンと交換できる。
【００１０】本発明の光触媒は、通常の固相法、すなわ
ち、原料たる各金属成分の酸化物又は炭酸塩や硝酸塩等
の塩類を目的組成比で混合し焼成することで合成する
が、それ以外の湿式法或いは気相法で合成してもかまわ
ない。また、前記一般式（Ｉ）においてＡが水素の場合
は、まずＡがアルカリ金属である一般式（Ｉ）の複合酸
化物を合成しておき、その後、この複合酸化物を例えば
硝酸等の酸水溶液中でイオン交換することにより、アル
カリ金属イオンを水素イオンに交換して合成する。もち
ろん、Ａが水素以外のアルカリ金属の場合でも、同様に
目的組成の複合酸化物をイオン交換反応で合成すること
ができる。
ち、原料たる各金属成分の酸化物又は炭酸塩や硝酸塩等
の塩類を目的組成比で混合し焼成することで合成する
が、それ以外の湿式法或いは気相法で合成してもかまわ
ない。また、前記一般式（Ｉ）においてＡが水素の場合
は、まずＡがアルカリ金属である一般式（Ｉ）の複合酸
化物を合成しておき、その後、この複合酸化物を例えば
硝酸等の酸水溶液中でイオン交換することにより、アル
カリ金属イオンを水素イオンに交換して合成する。もち
ろん、Ａが水素以外のアルカリ金属の場合でも、同様に
目的組成の複合酸化物をイオン交換反応で合成すること
ができる。
【００１１】本発明の光触媒の形状は、光を有効に利用
するために表面積の大きい粒子であることが望ましく、
一般には粒子の大きさは、 0.1〜10μm 好ましくは 0.1
〜 1μm が適当である。このような粒径を得る慣用的な
手段には、例えば、ボールミルによる粉砕がある。更
に、本発明の光触媒に対しても、助触媒であるＰｔやＮ
ｉＯの担持等の光触媒製造に通常用いられるような修飾
を行うことができる。又、水分解反応の場となる層間を
有効に利用するために無機物質の柱を立てたり、アルキ
ルアンモニウムのイオン交換で層間距離を広げることに
より、触媒活性を高めることもできる。
するために表面積の大きい粒子であることが望ましく、
一般には粒子の大きさは、 0.1〜10μm 好ましくは 0.1
〜 1μm が適当である。このような粒径を得る慣用的な
手段には、例えば、ボールミルによる粉砕がある。更
に、本発明の光触媒に対しても、助触媒であるＰｔやＮ
ｉＯの担持等の光触媒製造に通常用いられるような修飾
を行うことができる。又、水分解反応の場となる層間を
有効に利用するために無機物質の柱を立てたり、アルキ
ルアンモニウムのイオン交換で層間距離を広げることに
より、触媒活性を高めることもできる。
【００１２】本発明の光触媒で水の水分解反応を行う際
に、水は純水に限らず、一般の水の分解反応によく用い
られるように、アルコールや銀イオン等の犠牲試薬を用
いても一向に差し支えないし、炭酸塩や炭酸水素塩等の
塩類を混ぜた水を用いてもよい。以下、実施例により本
発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限られたも
のではない。
に、水は純水に限らず、一般の水の分解反応によく用い
られるように、アルコールや銀イオン等の犠牲試薬を用
いても一向に差し支えないし、炭酸塩や炭酸水素塩等の
塩類を混ぜた水を用いてもよい。以下、実施例により本
発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限られたも
のではない。
【００１３】
（光触媒の製造方法）まず、固相法により、ＣｓＣａ2
Ｎｂ2 ＮｉＯ9 を合成する。Ｃｓ2 ＣＯ3 を9.16ｇ、Ｃ
ａＣＯ3 を 11.25ｇ、Ｎｂ2 Ｏ5 を14.94 ｇ、Ｎｉ2 Ｏ
3 を4.65ｇをそれぞれ白金ルツボに採取し、1200℃で10
時間焼成を行った。焼成後この焼成物を乳鉢で10μm 以
下に粉砕し、得られた粒子を粉末Ｘ線回折により同定し
たところ、目的物質の構造となっていた。
Ｎｂ2 ＮｉＯ9 を合成する。Ｃｓ2 ＣＯ3 を9.16ｇ、Ｃ
ａＣＯ3 を 11.25ｇ、Ｎｂ2 Ｏ5 を14.94 ｇ、Ｎｉ2 Ｏ
3 を4.65ｇをそれぞれ白金ルツボに採取し、1200℃で10
時間焼成を行った。焼成後この焼成物を乳鉢で10μm 以
下に粉砕し、得られた粒子を粉末Ｘ線回折により同定し
たところ、目的物質の構造となっていた。
【００１４】更に、この複合酸化物 5ｇを５規定の硝酸
100ml中で３日間撹拌し、プロトン交換を行い、プロト
ン交換体を得た。 （触媒活性の評価）水分解用の光触媒の触媒活性の評価
は、閉鎖循環系触媒反応装置を用い、犠牲試薬としてメ
タノールを添加したメタノール水溶液から水素を生成さ
せることで行った。上記の方法で製造したプロトン交換
体1gをメタノール水溶液 350ml（水が 300ml、メタノー
ルが50ml）中に入れ、マグネチックスターラーで攪拌し
ながら外部から光を照射した。光源に 500Ｗキセノンラ
ンプを用い、 420nm以下の波長の光はフィルターでカッ
トした。反応管の材質としてパイレックス製のものを用
いた。又、生成した水素の検出及び定量はガスクロマト
グラフィーで行った。
100ml中で３日間撹拌し、プロトン交換を行い、プロト
ン交換体を得た。 （触媒活性の評価）水分解用の光触媒の触媒活性の評価
は、閉鎖循環系触媒反応装置を用い、犠牲試薬としてメ
タノールを添加したメタノール水溶液から水素を生成さ
せることで行った。上記の方法で製造したプロトン交換
体1gをメタノール水溶液 350ml（水が 300ml、メタノー
ルが50ml）中に入れ、マグネチックスターラーで攪拌し
ながら外部から光を照射した。光源に 500Ｗキセノンラ
ンプを用い、 420nm以下の波長の光はフィルターでカッ
トした。反応管の材質としてパイレックス製のものを用
いた。又、生成した水素の検出及び定量はガスクロマト
グラフィーで行った。
【００１５】測定の結果、水素の発生が認められ、水素
定常活性は 0.6μmol/hourであった。このように、短波
長の光をカットしても触媒活性を示した。
定常活性は 0.6μmol/hourであった。このように、短波
長の光をカットしても触媒活性を示した。
【００１６】
【発明の効果】以上の通り、本発明の光触媒は、その構
成元素中に遷移金属元素を含むので、可視光領域の光で
も触媒活性を示す。又、層状構造の層間を水分解反応の
場として利用できるので、より多くの水素を発生させる
ことができる。従って、本発明によれば、太陽光スペク
トル中に多く含まれる可視光も水分解反応に利用するこ
とができるので、紫外光領域の光にしか触媒活性を示さ
ない光触媒よりも太陽光エネルギーの使用効率を格段に
向上させることができる。
成元素中に遷移金属元素を含むので、可視光領域の光で
も触媒活性を示す。又、層状構造の層間を水分解反応の
場として利用できるので、より多くの水素を発生させる
ことができる。従って、本発明によれば、太陽光スペク
トル中に多く含まれる可視光も水分解反応に利用するこ
とができるので、紫外光領域の光にしか触媒活性を示さ
ない光触媒よりも太陽光エネルギーの使用効率を格段に
向上させることができる。
Claims (5)
- 【請求項１】 光で水を分解し、水素と酸素の少なくと
もどちらか一方を発生させる複合酸化物から成る可視光
領域で触媒活性をもつ光触媒であって、 一般式（Ｉ）：ＡＢ2 Ｃ3-X ＭX Ｏ10-Xで表され、前記
一般式（Ｉ）において、Ａはアルカリ金属元素及び水素
から成る群から選択された１種以上の元素であり、Ｂは
アルカリ土類金属元素を含む２価の元素から選択された
１種以上の元素であり、Ｃは５価の元素から選択された
１種以上の元素であり、Ｍは３価の元素から選択された
１種以上の元素であり、ｘは０＜ｘ≦３の任意の数であ
ることを特徴とする、可視光領域で触媒活性をもつ光触
媒。 - 【請求項２】 前記ＭがＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ
から選択された１種以上の元素であることを特徴とす
る、請求項１に記載の可視光領域で触媒活性をもつ光触
媒。 - 【請求項３】 前記ＡがＨ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから
選択された１種以上の元素であることを特徴とする、請
求項１に記載の可視光領域で触媒活性をもつ光触媒。 - 【請求項４】 前記ＢがＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂから選
択された１種以上の元素であることを特徴とする、請求
項１に記載の可視光領域で触媒活性をもつ光触媒。 - 【請求項５】 前記ＣがＶ、Ｎｂ、Ｔａから選択された
１種以上の元素であることを特徴とする、請求項１に記
載の可視光領域で触媒活性をもつ光触媒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055134A JPH09248465A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 可視光領域で触媒活性をもつ光触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055134A JPH09248465A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 可視光領域で触媒活性をもつ光触媒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09248465A true JPH09248465A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=12990320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8055134A Pending JPH09248465A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 可視光領域で触媒活性をもつ光触媒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09248465A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1752217A2 (en) | 1998-11-20 | 2007-02-14 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Sol of a modified photocatalyst |
| WO2010104146A1 (ja) | 2009-03-11 | 2010-09-16 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | コーティング組成物、塗膜、積層体、及び積層体の製造方法 |
| WO2011093495A1 (ja) | 2010-02-01 | 2011-08-04 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 塗料及び積層体 |
| EP2816087A1 (en) | 2005-12-13 | 2014-12-24 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Aqueous organic-inorganic hybrid composition |
| JP2015112537A (ja) * | 2013-12-11 | 2015-06-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 可視光応答性組成物とこれを用いた光電極、光触媒、光センサー |
| JP2016159183A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 可視光応答性組成物とこれを用いた光電極、光触媒、光センサー |
| JP2016159182A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 可視光応答性組成物とこれを用いた光電極、光触媒、光センサー |
| WO2017159564A1 (ja) | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 旭化成株式会社 | 高耐久防曇塗膜およびコーティング組成物 |
| WO2019163918A1 (ja) | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 旭化成株式会社 | 高耐久防曇塗膜およびコーティング組成物 |
| CN113800483A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 氮氧化物纳米片及其制备方法和光催化剂、光催化抗菌剂 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8055134A patent/JPH09248465A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8916266B2 (en) | 2009-03-11 | 2014-12-23 | Asahi Kasei E-Materials Corporation | Coating composition, coating film, laminate, and process for production of laminate |
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| WO2017159564A1 (ja) | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 旭化成株式会社 | 高耐久防曇塗膜およびコーティング組成物 |
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