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水分解用光触媒、並びに該光触媒の製造方法

国内特許コード P08P006459
掲載日 2008年7月18日
出願番号 特願2006-345205
公開番号 特開2008-155099
登録番号 特許第5034046号
出願日 平成18年12月22日(2006.12.22)
公開日 平成20年7月10日(2008.7.10)
登録日 平成24年7月13日(2012.7.13)
発明者
  • 井上 泰宣
  • 斉藤 信雄
  • 西山 洋
  • 門脇 春彦
  • 新井 直樹
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 水分解用光触媒、並びに該光触媒の製造方法
発明の概要

【課題】毒性が低く、水を水素と酸素に完全に分解することができる光触媒、或いは高い活性を有する有機物分解用光触媒触媒、及び光合成反応の光触媒等として有用な酸化セリウムを活性成分として含有する光触媒を提供する。
【解決手段】(1)酸化セリウムに、(2)カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、ランタンからなる群から選択された異種元素を添加し、さらに(3)助触媒として酸化ルテニウム又は白金を担持することにより水及び有機物分解用光触媒を構成する。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


光エネルギーを利用して物質変換を行う方法として、光触媒の利用が挙げられる。光触媒については、光照射によって生じる電子で反応物を還元、正孔で反応物を酸化する能力を持つことが既に知られている。この技術を応用した有害物質の分解除去、部分酸化反応、および水分解反応などの化学反応プロセスは、環境およびエネルギー問題の観点から重要な課題になっている。光触媒には、光照射によって効率良く化学反応を進行させることはもとより、環境維持の観点から光触媒自身が毒性の低い材料から構成されることが要求される。これまでに開示されている光触媒の中では酸化チタンが高い光触媒活性を持ち、毒性の低い材料として知られている。



一方、酸化セリウムは高い紫外線遮断能を持ち、紫外線吸収サングラス、自動車用紫外線カットガラス、日焼け防止化粧品などに幅広く応用されている。また、酸化セリウムは希土類の一種で極めて毒性が低く、人体に対して中毒性や急性毒性がない化合物として知られている。酸化セリウムは、その電子構造から光照射によって生成した電子とホールは直ちに再結合し、微弱な熱が放出される。したがって、酸化セリウムを光触媒として応用するには、光を吸収して生成した電子とホールを再結合させることなく反応物に接触させる必要がある。



酸化セリウムは、その高い紫外線吸収能および低毒性から光触媒への応用が試みられている。(例えば、非特許文献1、2及び特許文献1、2参照)

【非特許文献1】Applied catalysis, A General 205(2001),117-128

【非特許文献2】Huaxue Yanjiiu Yu Yingyong,16(2004),463-465

【特許文献1】特開2001-162176号公報

【特許文献2】特開2000-212054号公報



上記の非特許文献1において、荒川らは酸化セリウム光触媒による水からの酸素生成について言及している。この場合、光照射により酸素を発生させるには、電子受容体として働くFe3+やCe4+が光触媒懸濁液中に存在することが必要である。電子受容体であるFe3+やCe4+が存在しない場合の、酸化セリウム光触媒による水素生成については言及していない。



非特許文献2には、 酸化チタンと少量の酸化セリウムを複合化することにより、有機物の光分解が促進されることが開示されている。同文献には、酸化セリウム単独の光触媒機能についての記述はない。また、水分解反応に対する活性については言及していない。



特許文献1には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウムのいずれか、あるいは複数を含有している光触媒のNOxガスの浄化作用について開示されている。
また、特許文献2には、光触媒活性を有する粉末を酸化セリウムで被覆した複合化粉末を含む組成物が、医薬品、医薬部外品、化粧品等の外用組成物への応用に対して光毒性(光照射によって生成する電子とホールに由来する人体への悪影響)を抑制する能力を持つことが開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、水の分解に用いられる光触媒、並びに該光触媒の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
(1)酸化セリウムに、(2)カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、ランタンからなる群から選択された異種元素を添加し、さらに(3)助触媒として酸化ルテニウムを担持したことを特徴とする水分解用光触媒。

【請求項2】
(2)異種元素の添加量が(1)酸化セリウムを基準として0.1~50モル%であり、(3)助触媒の担持量が(1)酸化セリウム及び(2)異種元素からなる複合体を基準として0.1~10重量%であることを特徴とする請求項1に記載の水分解用光触媒。

【請求項3】
(1)酸化セリウムと、(2)カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、又はランタンを含む化合物を混合し、得られた前駆体を空気中で500~1400℃の温度に加熱した後に、(3)助触媒として酸化ルテニウムを担持することを特徴とする請求項1又は2に記載の水分解用光触媒の製造方法。

【請求項4】
(1)硝酸セリウム又は塩化セリウムと、(2)カルシウム、ストロンチウム、イットリウム、又はランタンを含む化合物を水に溶解させ、pHを7以上に調整して得られた前駆体を空気中で500~1400℃の温度に加熱した後に、(3)助触媒として酸化ルテニウムを担持することを特徴とする請求項1又は2に記載の水分解用光触媒の製造方法。
産業区分
  • その他無機化学
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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