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水の光還元体及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P110005037
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2005-166205
公開番号 特開2006-305542
登録番号 特許第4280832号
出願日 平成17年6月6日(2005.6.6)
公開日 平成18年11月9日(2006.11.9)
登録日 平成21年3月27日(2009.3.27)
優先権データ
  • 特願2005-099921 (2005.3.30) JP
発明者
  • 堀 照夫
  • 久田 研次
  • 田畑 功
出願人
  • 国立大学法人福井大学
発明の名称 水の光還元体及びその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】本発明は、従来に比べ水素生成効率を向上させると共に簡単に製造することができる水の光還元体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明に係る水の光還元体1は、基体2の表面に超臨界流体又は亜臨界流体の発泡作用により多数の外部連通路3が形成されているので、外部連通路3の内面を含めると表面積が格段に大きくなり、基体に含有される光励起有機半導体4が外部から照射する光を受けて活性化する効率が格段に向上する。そして、外部連通路3の内面に水還元触媒5を付着させているので、光が照射される光励起有機半導体4に近接して水還元触媒5が配置され、光励起有機半導体4から水還元触媒5への電子の移動が容易となり、水素生成効率を格段に高めることが可能となる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


太陽からの光エネルギーの利用方法としては、太陽電池による電気エネルギーへの変換と光化学反応を用いた水素の生成が挙げられる。水素の生成には、光触媒である二酸化チタンを用いた方法が研究されてきているが、二酸化チタンは紫外線領域の光しか吸収しないため、光エネルギーに対する水素の生成効率が十分ではなかった。



そこで、可視光領域の光を吸収する光励起有機半導体を用いて水素の生成効率を高めることが検討されている。例えば、特許文献1には、二酸化チタン薄膜の膜面に可視光吸収色素としてルテニウム錯体を担持した光触媒電極膜を有する水素生成装置が記載されており、可視光を吸収して光励起した色素から電子移動を受けた光触媒である二酸化チタンが活性化されて水素生成を行なうことができるため水素の生成効率を向上させることができる。



また、特許文献2では、ガラス基板等の支持体からなる支持体層と、白金触媒等の水還元触媒からなる水還元触媒層と、ポルフィリン誘導体やルテニウムビピリジン誘導体等からなる色素層とを具備した水光還元体が記載されている。特許文献2に記載された水光還元体は、可視光領域の光を吸収して励起する色素から電子伝達剤に電子を渡し、電子を受けて還元状態となった電子伝達剤が水還元触媒に電子を渡し、電子を受けて活性化した水還元触媒が水中のプロトン(H)を還元して水素を生成するようになっている。



特許文献3には、超臨界流体若しくは亜臨界流体と金属前駆体とからなる前駆体流体中にポリマーを配置して前駆体流体をポリマーに浸透させた後、発泡させて、気孔表面に金属が分散担持された金属担持体ポリマー多孔体を製造する点が記載されている。
【特許文献1】
特開2002-356301号公報
【特許文献2】
特開平9-173840号公報
【特許文献3】
特開2004-315559号公報

産業上の利用分野


本発明は、光エネルギーを吸収して水中のプロトンを還元して水素を発生することができる水の光還元体及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
可視光領域の光を吸収して活性化する物質からなる光励起有機半導体及び高分子材料が溶解した溶液から成形され高分子材料内に光励起有機半導体を分散して含有するとともに含浸された超臨界流体又は亜臨界流体を発泡させて生じた気泡を連続させた微細構造を有する多数の外部連通路が表面に形成された基体と、前記外部連通路内に分散されるとともに水中のプロトンを還元して水素を発生させる触媒作用を有する物質からなる水還元触媒とを有することを特徴とする水の光還元体。

【請求項2】
前記基体は、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリメタクリル酸メチルの中から選択される高分子材料からなることを特徴とする請求項1に記載の水の光還元体。

【請求項3】
前記光励起有機半導体は、ポルフィリン誘導体、ルテニウムビピリジン錯体誘導体、フタロシアニン誘導体、アクリジンイエロウ、プロフラビンの中から選択される有機半導体であることを特徴とする請求項1又は2に記載の水の光還元体。

【請求項4】
前記水還元触媒は、白金、イリジウム、ニッケル、金、銀、銅、パラジウム、ロジウムの中から選択される水還元触媒であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の水の光還元体。

【請求項5】
請求項1から4のいずれかに記載の水の光還元体に電子伝達剤の溶解した水溶液中で光を照射して水素を発生させることを特徴とする水素発生装置。

【請求項6】
可視光領域の光を吸収して活性化する物質からなる光励起有機半導体及び高分子材料が溶解した溶液から基体を成形する成形工程と、水中のプロトンを還元して水素を発生させる触媒作用を有する物質からなる水還元触媒に還元される有機錯体を含む超臨界流体又は亜臨界流体を前記基体に含浸させる含浸工程と、含浸した前記有機錯体を水還元触媒に還元する還元工程と、含浸した前記超臨界流体又は前記亜臨界流体を発泡させて生じた気泡を加熱して前記超臨界流体又は前記亜臨界流体を外部に放出することで前記基体の表面に微細構造を有する多数の外部連通路を形成するとともに前記水還元触媒が前記外部連通路の内面に残留して付着する発泡工程とを備えることを特徴とする水の光還元体の製造方法。

【請求項7】
前記超臨界流体又は前記亜臨界流体として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項6に記載の製造方法。

【請求項8】
前記含浸工程において、二酸化炭素の超臨界流体又は亜臨界流体を圧力5~30MPa及び温度300~500Kの条件に設定することを特徴とする請求項7に記載の製造方法。

【請求項9】
前記超臨界流体又は前記亜臨界流体は、前記基体への浸透を促進する添加剤を含むことを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の製造方法。

【請求項10】
前記添加剤は、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2‐プロパノール、1-ブタノール、アリルアルコール、アセトン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレンの中から選択される添加剤であることを特徴とする請求項9に記載の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005166205thum.jpg
出願権利状態 登録
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