JPS6230814B2 - - Google Patents
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- JPS6230814B2 JPS6230814B2 JP57065511A JP6551182A JPS6230814B2 JP S6230814 B2 JPS6230814 B2 JP S6230814B2 JP 57065511 A JP57065511 A JP 57065511A JP 6551182 A JP6551182 A JP 6551182A JP S6230814 B2 JPS6230814 B2 JP S6230814B2
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- Japan
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- reaction
- photocatalyst
- sunlight
- reaction system
- energy
- 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.)
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は太陽光を用いた光化学反応方法に関
し、更に詳しくは、太陽光のエネルギーを効率よ
く利用する光化学反応方法に関する。
し、更に詳しくは、太陽光のエネルギーを効率よ
く利用する光化学反応方法に関する。
太陽光の光エネルギーを光触媒によつて化学エ
ネルギーに変換して化学反応を行なわせる光化学
反応方法は、新しいエネルギー源の利用システム
として近年注目を集めている。
ネルギーに変換して化学反応を行なわせる光化学
反応方法は、新しいエネルギー源の利用システム
として近年注目を集めている。
例えば、水と光触媒とを共存せしめた反応系
に、太陽光を照射して、次式： で示される水の光分解を起生せしめる光化学反応
が知られている〔化学、34巻、12号、989頁、
（1979年）参照〕。
に、太陽光を照射して、次式： で示される水の光分解を起生せしめる光化学反応
が知られている〔化学、34巻、12号、989頁、
（1979年）参照〕。
このような反応に用いる光触媒としては、
TiO2、SrTiO3、BaTiO3、SnO2、WO3などの半
導体又はルテニウムビピリジル錯体、テトラフエ
ニルポルフイリンの金属錯体などが知られてい
る。
TiO2、SrTiO3、BaTiO3、SnO2、WO3などの半
導体又はルテニウムビピリジル錯体、テトラフエ
ニルポルフイリンの金属錯体などが知られてい
る。
一方、反応系に照射される太陽光は第１図に示
すようなエネルギー分布を有する。図から明らか
なように、それは可視域を中心として極めて広い
波長域に亘つて分布している。また、光触媒は第
２図に例示したように、ある単一波長域を中心と
した比較的狭いエネルギー領域の光吸収帯をもつ
ている。したがつて、上述したような光化学反応
にあつては、用いられる光触媒はこの光吸収帯の
波長域に相当する太陽光の光エネルギーのみを吸
収してそれを化学エネルギーに変換していること
になる。
すようなエネルギー分布を有する。図から明らか
なように、それは可視域を中心として極めて広い
波長域に亘つて分布している。また、光触媒は第
２図に例示したように、ある単一波長域を中心と
した比較的狭いエネルギー領域の光吸収帯をもつ
ている。したがつて、上述したような光化学反応
にあつては、用いられる光触媒はこの光吸収帯の
波長域に相当する太陽光の光エネルギーのみを吸
収してそれを化学エネルギーに変換していること
になる。
それゆえ、従来の光化学反応においては、照射
される太陽光の光エネルギーのうち極く一部分し
か有効に利用されないため、光化学反応の反応効
率がかなり低くなるという問題を避けえなかつ
た。
される太陽光の光エネルギーのうち極く一部分し
か有効に利用されないため、光化学反応の反応効
率がかなり低くなるという問題を避けえなかつ
た。
本発明は、太陽光の光エネルギーを有効に利用
しそのことによつて反応系の反応効率を向上せし
める光化学反応方法の提供を目的とする。
しそのことによつて反応系の反応効率を向上せし
める光化学反応方法の提供を目的とする。
本発明は、反応成分と光触媒とを含む反応系に
太陽光を照射して光化学反応を行なわせる方法で
あつて、該反応系に、光吸収帯の位置が該光触媒
の光吸収帯の位置よりも高エネルギー側にあり、
かつ、発光帯の位置が該光触媒の光吸収帯の位置
と同じか若しくは近似している色素を更に添加し
て太陽光を照射することを特徴とするものであ
る。
太陽光を照射して光化学反応を行なわせる方法で
あつて、該反応系に、光吸収帯の位置が該光触媒
の光吸収帯の位置よりも高エネルギー側にあり、
かつ、発光帯の位置が該光触媒の光吸収帯の位置
と同じか若しくは近似している色素を更に添加し
て太陽光を照射することを特徴とするものであ
る。
本発明方法にあつては、上記した光特性を有す
る色素を反応系に添加して太陽光を照射すること
を最大の特徴とする。
る色素を反応系に添加して太陽光を照射すること
を最大の特徴とする。
本発明にかかる色素は、第３図に例示したよう
に、第２図に例示した光触媒の光吸収帯の高エネ
ルギー側（短波長域側）に光吸収帯を有し（第３
図の吸収強度１）かつ、発光帯が大きなストーク
スシフトをもつて低エネルギー側（長波長側）に
位置し、しかもそれが該光触媒の光吸収帯と同じ
位置か若しくは極めて近似した位置（第３図の発
光強度２）であるような色素である。
に、第２図に例示した光触媒の光吸収帯の高エネ
ルギー側（短波長域側）に光吸収帯を有し（第３
図の吸収強度１）かつ、発光帯が大きなストーク
スシフトをもつて低エネルギー側（長波長側）に
位置し、しかもそれが該光触媒の光吸収帯と同じ
位置か若しくは極めて近似した位置（第３図の発
光強度２）であるような色素である。
かかる色素が反応系に光触媒と共存する場合、
ここに太陽光が照射されると、光触媒はまず第２
図に示した波長域の光エネルギーを吸収する。同
時に、色素は第３図の吸収強度１で示した波長域
の光エネルギーを吸収し、第３図の発光強度２で
示した波長域（第２図の波長域とほぼ同じ）の光
エネルギーを放射する。したがつて、光触媒は第
２図の光エネルギーに加えて、第３図の発光強度
２の光エネルギーをも吸収することができる。
ここに太陽光が照射されると、光触媒はまず第２
図に示した波長域の光エネルギーを吸収する。同
時に、色素は第３図の吸収強度１で示した波長域
の光エネルギーを吸収し、第３図の発光強度２で
示した波長域（第２図の波長域とほぼ同じ）の光
エネルギーを放射する。したがつて、光触媒は第
２図の光エネルギーに加えて、第３図の発光強度
２の光エネルギーをも吸収することができる。
このように、色素自体は照射された太陽光の光
エネルギーを長波長側にストークスシフトする単
なる変換媒体であつて、直接反応系の光化学反応
に関与するものではなく、この点で、従来から知
られている光電極反応における色素増感方法〔科
学、47巻、11号、679頁、（1977年）参照〕とは全
く異質な作用効果を有する。
エネルギーを長波長側にストークスシフトする単
なる変換媒体であつて、直接反応系の光化学反応
に関与するものではなく、この点で、従来から知
られている光電極反応における色素増感方法〔科
学、47巻、11号、679頁、（1977年）参照〕とは全
く異質な作用効果を有する。
本発明にかかる色素の介在によつて、反応系に
おける光触媒は従来変換不可能であつた太陽光の
光エネルギーをも吸収可能とするので、反応系の
反応効率が向上することとなる。
おける光触媒は従来変換不可能であつた太陽光の
光エネルギーをも吸収可能とするので、反応系の
反応効率が向上することとなる。
このような色素は、反応系に用いている光触媒
に対応させて選定される。
に対応させて選定される。
例えば、水の光分解反応に用いられる光触媒で
あるトリスルテニウムビピリジル錯体（Ru
（bpy）２＋ ３）は第４図に示した吸収スペクトルから
明らかなように、波長450nm付近に強い光吸収帯
を有し、波長400nm付近ではその光吸収が減退す
る。
あるトリスルテニウムビピリジル錯体（Ru
（bpy）２＋ ３）は第４図に示した吸収スペクトルから
明らかなように、波長450nm付近に強い光吸収帯
を有し、波長400nm付近ではその光吸収が減退す
る。
一方、クマリン族の色素の一種である７−ジエ
チルアミノ−４−メチルクマリン（DAMC）
は、第５図に示したように波長370nm付近に極大
値を有する比較的強い吸収帯１（モル吸光係数：
ε＝２×104）をもち、波長450nm付近に極大値を
有する比較的強い発光帯（螢光）２をもつてい
る。
チルアミノ−４−メチルクマリン（DAMC）
は、第５図に示したように波長370nm付近に極大
値を有する比較的強い吸収帯１（モル吸光係数：
ε＝２×104）をもち、波長450nm付近に極大値を
有する比較的強い発光帯（螢光）２をもつてい
る。
したがつて、両者が共存する水に太陽光を照射
した場合、Ru（bpy）２＋ ３自体には吸収されにくか
つた波長350nm付近の光エネルギーをDAMCが吸
収しストークスシフトして波長450nm付近の光エ
ネルギーを放射するので、Ru（bpy）２＋ ３がその光
エネルギーをも吸収し得ることになつて全体の反
応効率は向上する。
した場合、Ru（bpy）２＋ ３自体には吸収されにくか
つた波長350nm付近の光エネルギーをDAMCが吸
収しストークスシフトして波長450nm付近の光エ
ネルギーを放射するので、Ru（bpy）２＋ ３がその光
エネルギーをも吸収し得ることになつて全体の反
応効率は向上する。
このように、ある光触媒に対してはある色素が
対応する。このような組合せとしては、上記した
Ru（bpy）２＋ ３−DAMCの他に鉄フタロシアニン−
フルオレツセインナトリウム、プロフラビン−４
−メチルウンベリフエロンなどの組合せをあげる
ことができる。
対応する。このような組合せとしては、上記した
Ru（bpy）２＋ ３−DAMCの他に鉄フタロシアニン−
フルオレツセインナトリウム、プロフラビン−４
−メチルウンベリフエロンなどの組合せをあげる
ことができる。
実施例 １
以下の各成分を含む水溶液100mlを反応系とし
て水の光分解を行なつた。
て水の光分解を行なつた。
光触媒としてRu（bpy）3：５×10-5mol／、
色素としてDAMC：５×10-6mol／。他に光分
解反応の補助系として以下の成分が含まれる。酸
化用触媒として二酸化ルテニウムRuO2：２×
10-4mol／、還元用電子伝達体としてメチルビ
オロゲン（MV）：2.5×10-2mol／、還元用触
媒として白金Ptコロイド：1.5×10-4mol／。
色素としてDAMC：５×10-6mol／。他に光分
解反応の補助系として以下の成分が含まれる。酸
化用触媒として二酸化ルテニウムRuO2：２×
10-4mol／、還元用電子伝達体としてメチルビ
オロゲン（MV）：2.5×10-2mol／、還元用触
媒として白金Ptコロイド：1.5×10-4mol／。
この反応系に太陽光を３時間（午前11時から午
後２時まで）照射した。照射平均強度は80mW／
cm2である。
後２時まで）照射した。照射平均強度は80mW／
cm2である。
この系にあつては次の光化学反応が進行して水
素が発生する。
素が発生する。
水素の発生量は1.2μmolであつた。
比較のため、DAMCを添加しない系にあつて
は同一の条件での水素発生量は0.7μmolであつ
た。したがつて、本発明方法は、従来よりもその
反応効率を1.7倍向上せしめた。
は同一の条件での水素発生量は0.7μmolであつ
た。したがつて、本発明方法は、従来よりもその
反応効率を1.7倍向上せしめた。
実施例 ２
以下の各成分を含む水溶液50mlを反応系として
水の光分解を行なつた。
水の光分解を行なつた。
光触媒としてプロフラビン（PF）：２×
10-5mol／、色素として４−メチルウンベリフ
エロン（4MU）：２×10-6mol／を用いた。な
お、PFの吸収スペクトルを第６図に、4MUの吸
収および発光スペクトルを第７図１，２にそれぞ
れ示した。他に反応の補助系として白金コロイド
５mg、エチレンジアミン４酢酸（EDTA）：１×
10-2mol／を加えた。
10-5mol／、色素として４−メチルウンベリフ
エロン（4MU）：２×10-6mol／を用いた。な
お、PFの吸収スペクトルを第６図に、4MUの吸
収および発光スペクトルを第７図１，２にそれぞ
れ示した。他に反応の補助系として白金コロイド
５mg、エチレンジアミン４酢酸（EDTA）：１×
10-2mol／を加えた。
この反応系に、太陽光を３時間（午前11時から
午後２時まで）照射した。照射平均強度は
80mW／cm2である。
午後２時まで）照射した。照射平均強度は
80mW／cm2である。
この系にあつては、EDTAの酸化反応および水
の還元反応が起こることにより水素が発生する。
水素の発生量は110μmolであつた。
の還元反応が起こることにより水素が発生する。
水素の発生量は110μmolであつた。
比較のため4MUを添加しない系にあつては、
同一の条件での水素発生量は80μmolであつた。
したがつて、本発明方法は、従来よりもその反応
効率を1.4倍向上せしめた。
同一の条件での水素発生量は80μmolであつた。
したがつて、本発明方法は、従来よりもその反応
効率を1.4倍向上せしめた。
以上の説明で明らかなように、本発明方法は、
従来利用できなかつた太陽光の光エネルギーも光
化学反応に利用できるので反応系の反応効率が向
上する。また、水の光分解による水素の製造の他
に、バイオマスからの燃料合成、二酸化炭素の固
定による燃料合成など光を利用した種々のエネル
ギー変換反応にも適用可能であり、更には種々の
化学物質を利用した光化学合成への適用も可能で
あることを示唆しており、その工業的価値は大で
ある。
従来利用できなかつた太陽光の光エネルギーも光
化学反応に利用できるので反応系の反応効率が向
上する。また、水の光分解による水素の製造の他
に、バイオマスからの燃料合成、二酸化炭素の固
定による燃料合成など光を利用した種々のエネル
ギー変換反応にも適用可能であり、更には種々の
化学物質を利用した光化学合成への適用も可能で
あることを示唆しており、その工業的価値は大で
ある。
第１図は太陽光のエネルギー分布、第２図は光
触媒の光吸収帯を例示するもの、第３図は本発明
にかかる色素の吸収強度１と発光強度２を例示す
るものである。第４図はRu（bpy）２＋ ３の吸収スペ
クトル、第５図はDAMCの吸収スペクトル１と
発光スペクトル２、第６図はPFの吸収スペクト
ル、第７図は4MUの吸収スペクトル１と発光ス
ペクトル２である。
触媒の光吸収帯を例示するもの、第３図は本発明
にかかる色素の吸収強度１と発光強度２を例示す
るものである。第４図はRu（bpy）２＋ ３の吸収スペ
クトル、第５図はDAMCの吸収スペクトル１と
発光スペクトル２、第６図はPFの吸収スペクト
ル、第７図は4MUの吸収スペクトル１と発光ス
ペクトル２である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 反応成分と光触媒とを含む反応系に太陽光を
照射して光化学反応を行なわせる方法であつて、 該反応系に、 光吸収帯の位置が該光触媒の光吸収帯の位置よ
りも高エネルギー側にあり、かつ、発光帯の位置
が該光触媒の光吸収帯の位置と同じか若しくは近
似している色素を更に添加することを特徴とする
太陽光を用いた光化学反応方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57065511A JPS58183940A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 太陽光を用いた光化学反応方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57065511A JPS58183940A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 太陽光を用いた光化学反応方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58183940A JPS58183940A (ja) | 1983-10-27 |
| JPS6230814B2 true JPS6230814B2 (ja) | 1987-07-04 |
Family
ID=13289144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57065511A Granted JPS58183940A (ja) | 1982-04-21 | 1982-04-21 | 太陽光を用いた光化学反応方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58183940A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4004770B2 (ja) * | 2001-10-29 | 2007-11-07 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 光触媒 |
| US8376013B2 (en) | 2008-03-11 | 2013-02-19 | Duke University | Plasmonic assisted systems and methods for interior energy-activation from an exterior source |
| DE102009043378B4 (de) * | 2009-08-13 | 2011-04-07 | Technische Universität Braunschweig | Verfahren und Verwendung lumineszenter Verbindungen zur Messung einer photokatalytischen Oberflächenaktivität |
| EP2407419A1 (en) * | 2010-07-16 | 2012-01-18 | Universiteit Twente | Photocatalytic water splitting |
| JP7709882B2 (ja) | 2021-09-30 | 2025-07-17 | 株式会社日立製作所 | 水素製造装置 |
-
1982
- 1982-04-21 JP JP57065511A patent/JPS58183940A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58183940A (ja) | 1983-10-27 |
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