JP2002356301A - 水素生成方法とその装置 - Google Patents
水素生成方法とその装置Info
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Classifications
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光触媒を利用して水素生成を図る際の効率を
向上させる。 【解決手段】 水素生成装置１０は、水を貯留する反応
槽１２に、第１作用極２０と白金電極の第２作用極３０
とを浸漬させて備え、両作用極間に、直流電源４０を介
在して直流電圧を印加する。この場合、直流電圧は、第
１作用極２０の側がプラス、第２作用極３０の側がマイ
ナスとなるようにして２Ｖ未満の電圧値で印加する。こ
の印加状況下で、タングステンランプ４４の光を照射す
る。第１作用極２０は、ガラス基板２１の表面に、酸化
インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いた透明電極２２を有
し、この電極面に、光触媒電極膜２３を有する。この光
触媒電極膜２３は、二酸化チタン薄膜とされ、その膜面
に可視光吸収色素としてのルテニウム錯体を担持する。
向上させる。 【解決手段】 水素生成装置１０は、水を貯留する反応
槽１２に、第１作用極２０と白金電極の第２作用極３０
とを浸漬させて備え、両作用極間に、直流電源４０を介
在して直流電圧を印加する。この場合、直流電圧は、第
１作用極２０の側がプラス、第２作用極３０の側がマイ
ナスとなるようにして２Ｖ未満の電圧値で印加する。こ
の印加状況下で、タングステンランプ４４の光を照射す
る。第１作用極２０は、ガラス基板２１の表面に、酸化
インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いた透明電極２２を有
し、この電極面に、光触媒電極膜２３を有する。この光
触媒電極膜２３は、二酸化チタン薄膜とされ、その膜面
に可視光吸収色素としてのルテニウム錯体を担持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水或いはアルコー
ルもしくはこれらを溶媒とする電解質溶液のいずれかか
ら水素を生成する方法とその装置に関する。
ルもしくはこれらを溶媒とする電解質溶液のいずれかか
ら水素を生成する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年になり、光触媒がこうした水素生成
に用いられつつあり、種々の技術が提案されている。例
えば、特開平１１−２４６９８５号公報では、光触媒か
らなる光電極と白金電極とをリード線で導通し、光電極
に光照射する技術が提案されている。
に用いられつつあり、種々の技術が提案されている。例
えば、特開平１１−２４６９８５号公報では、光触媒か
らなる光電極と白金電極とをリード線で導通し、光電極
に光照射する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記公報で提案された
水素生成手法によれば、それまでのものに比べて水素生
成効率の向上をもたらすことができるものの、更なる効
率向上が求められている。
水素生成手法によれば、それまでのものに比べて水素生
成効率の向上をもたらすことができるものの、更なる効
率向上が求められている。
【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、水素生成の効率向上を図ることを目的とする。
され、水素生成の効率向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の水
素生成方法は、水或いはアルコールもしくはこれらを溶
媒とする電解質溶液のいずれかから水素を生成する方法
であって、光の照射を受けると正孔と電子を生成する光
触媒活性を呈する光触媒の膜が電極膜として形成された
第１作用極と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電
極膜として形成された第２作用極とを、前記水或いは前
記電解質溶液中に浸漬された状態とする工程Ａと、前記
第１作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能な光
を照射すると共に、前記第１と第２の作用極の電極膜間
に、前記第１作用極の側をプラス側にして直流電圧を印
加する工程Ｂとを備え、前記第２作用極の電極膜で水素
を生成することを特徴とする。
かる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の水
素生成方法は、水或いはアルコールもしくはこれらを溶
媒とする電解質溶液のいずれかから水素を生成する方法
であって、光の照射を受けると正孔と電子を生成する光
触媒活性を呈する光触媒の膜が電極膜として形成された
第１作用極と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電
極膜として形成された第２作用極とを、前記水或いは前
記電解質溶液中に浸漬された状態とする工程Ａと、前記
第１作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能な光
を照射すると共に、前記第１と第２の作用極の電極膜間
に、前記第１作用極の側をプラス側にして直流電圧を印
加する工程Ｂとを備え、前記第２作用極の電極膜で水素
を生成することを特徴とする。
【０００６】また、上記課題の少なくとも一部を解決す
るため、本発明の水素生成装置は、水或いはアルコール
もしくはこれらを溶媒とする電解質溶液のいずれかから
水素を生成する装置であって、光の照射を受けると正孔
と電子を生成する光触媒活性を呈する光触媒の膜が電極
膜として形成された第１作用極と、電極触媒作用を果た
す電極材料の膜が電極膜として形成された第２作用極と
を、前記水或いは前記電解質溶液中に浸漬された状態で
備える電極反応槽と、前記第１作用極の電極膜に、前記
光触媒活性の励起可能な光を照射する光照射手段と、該
光照射手段による光照射の実行の間に、前記第１と第２
の作用極の電極膜間に、前記第１作用極の側をプラス側
にして直流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記
第２作用極の電極膜で水素を生成することを特徴とす
る。
るため、本発明の水素生成装置は、水或いはアルコール
もしくはこれらを溶媒とする電解質溶液のいずれかから
水素を生成する装置であって、光の照射を受けると正孔
と電子を生成する光触媒活性を呈する光触媒の膜が電極
膜として形成された第１作用極と、電極触媒作用を果た
す電極材料の膜が電極膜として形成された第２作用極と
を、前記水或いは前記電解質溶液中に浸漬された状態で
備える電極反応槽と、前記第１作用極の電極膜に、前記
光触媒活性の励起可能な光を照射する光照射手段と、該
光照射手段による光照射の実行の間に、前記第１と第２
の作用極の電極膜間に、前記第１作用極の側をプラス側
にして直流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記
第２作用極の電極膜で水素を生成することを特徴とす
る。
【０００７】この電圧印加に際しては、２Ｖ未満の直流
電圧を印加することが望ましい。
電圧を印加することが望ましい。
【０００８】上記構成を有する本発明の第１の水素生成
方法とその装置では、第１作用極の電極膜への光照射に
より、当該電極膜の光触媒に触媒活性を起こし、正孔と
電子を生成する。生成された正孔は、第１作用極の電極
膜に残り、生成した電子は、電圧印加のための配線を通
って第１作用極側から第２作用極側に移動する。
方法とその装置では、第１作用極の電極膜への光照射に
より、当該電極膜の光触媒に触媒活性を起こし、正孔と
電子を生成する。生成された正孔は、第１作用極の電極
膜に残り、生成した電子は、電圧印加のための配線を通
って第１作用極側から第２作用極側に移動する。
【０００９】こうした正孔・電子生成とその移動によ
り、第２作用極の電極膜では、電子により水分子が還元
されて水素が生成する。その一方、第１作用極の電極膜
では、残った正孔による水分子の酸化もしくはアルコー
ル分子の酸化が起こり、前者では酸素が、後者では二酸
化炭素が生成する。
り、第２作用極の電極膜では、電子により水分子が還元
されて水素が生成する。その一方、第１作用極の電極膜
では、残った正孔による水分子の酸化もしくはアルコー
ル分子の酸化が起こり、前者では酸素が、後者では二酸
化炭素が生成する。
【００１０】このように各作用極での反応を進行させる
上で、生成電子の第２作用極側への移動は、第１作用極
をプラス側とした直流電圧印加により妨げられることは
なく、電圧印加に伴って速やかに且つ継続して起きる。
このため、光触媒により生成された正孔と生成された電
子の再結合を第１作用極の電極膜面（詳しくは、光触媒
表面）で起きにくくでき、正孔と電子を効率的に第１、
第２の作用極に分離させる。よって、第２作用極側での
水素生成の効率を高めることができる。なお、第１作用
極側での酸素生成の効率も高めることができる。
上で、生成電子の第２作用極側への移動は、第１作用極
をプラス側とした直流電圧印加により妨げられることは
なく、電圧印加に伴って速やかに且つ継続して起きる。
このため、光触媒により生成された正孔と生成された電
子の再結合を第１作用極の電極膜面（詳しくは、光触媒
表面）で起きにくくでき、正孔と電子を効率的に第１、
第２の作用極に分離させる。よって、第２作用極側での
水素生成の効率を高めることができる。なお、第１作用
極側での酸素生成の効率も高めることができる。
【００１１】そして、印加する直流電圧を２ｖ未満とす
ることで、水素生成に対して過大な電力供給を必要が無
くなり、水素生成に伴うエネルギ効率を高めることがで
きる。しかも、この程度の直流電圧は、入手が容易で安
価な乾電池で得ることができるので、装置構成の簡略化
や低コスト化を図ることもできる。
ることで、水素生成に対して過大な電力供給を必要が無
くなり、水素生成に伴うエネルギ効率を高めることがで
きる。しかも、この程度の直流電圧は、入手が容易で安
価な乾電池で得ることができるので、装置構成の簡略化
や低コスト化を図ることもできる。
【００１２】なお、光触媒が二酸化チタン、酸化亜鉛、
酸化バナジウム、酸化タングステン等であれば、これら
を光触媒活性可能な紫外領域の光（紫外線）を照射すれ
ばよく、光照射に当たっては、用いる触媒の特性に合わ
せるだけでよい。二酸化チタンにあっては、特に結晶型
がアナターゼ型のものが光触媒活性、入手の容易さから
好ましい。
酸化バナジウム、酸化タングステン等であれば、これら
を光触媒活性可能な紫外領域の光（紫外線）を照射すれ
ばよく、光照射に当たっては、用いる触媒の特性に合わ
せるだけでよい。二酸化チタンにあっては、特に結晶型
がアナターゼ型のものが光触媒活性、入手の容易さから
好ましい。
【００１３】この他、本発明は次のような態様とするこ
ともできる。即ち、第１作用極の電極膜を、可視光の照
射を受けると光のエネルギを吸収する色素を担持した前
記光触媒の膜で形成する。この場合、担持する色素は、
前記光触媒が呈する最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準
位よりも低い最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位を有
するものとされ、第１作用極へは、可視光を照射するよ
うにする。こうした色素としては、ビピリジン金属錯
体、金属ポルフィリン、金属フタロシアニン、或いはこ
れらの誘導体とすることが好ましい。
ともできる。即ち、第１作用極の電極膜を、可視光の照
射を受けると光のエネルギを吸収する色素を担持した前
記光触媒の膜で形成する。この場合、担持する色素は、
前記光触媒が呈する最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準
位よりも低い最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位を有
するものとされ、第１作用極へは、可視光を照射するよ
うにする。こうした色素としては、ビピリジン金属錯
体、金属ポルフィリン、金属フタロシアニン、或いはこ
れらの誘導体とすることが好ましい。
【００１４】こうした色素を担持した光触媒の電極膜
に、光触媒活性の励起可能な光に替わって可視光が照射
されると、その可視光エネルギが色素に吸収される。こ
れにより、色素（詳しくは、色素構成原子）では、その
電子軌道のうちの最低空軌道（ＬＵＭＯ）の電子が、上
記のエネルギ準位の差により、電極膜の光触媒（詳しく
は、光触媒構成原子）の最低空軌道（ＬＵＭＯ）に移動
する。これにより、電子の移動を受けた光触媒では、色
素からの電子移動に伴い光触媒作用が活性化された状態
が起きる。よって、第１作用極からは、電子が既述した
ように電圧印加のための配線を通って第２作用極側に移
動し、この電子移動に伴い正孔が第１作用極に残る。こ
の結果、第２作用極の電極膜では、電子により水分子が
還元されて水素が生成し、第１作用極の電極膜では、残
った正孔による水分子の酸化もしくはアルコール分子の
酸化が起こり、前者では酸素が、後者では二酸化炭素が
生成する。
に、光触媒活性の励起可能な光に替わって可視光が照射
されると、その可視光エネルギが色素に吸収される。こ
れにより、色素（詳しくは、色素構成原子）では、その
電子軌道のうちの最低空軌道（ＬＵＭＯ）の電子が、上
記のエネルギ準位の差により、電極膜の光触媒（詳しく
は、光触媒構成原子）の最低空軌道（ＬＵＭＯ）に移動
する。これにより、電子の移動を受けた光触媒では、色
素からの電子移動に伴い光触媒作用が活性化された状態
が起きる。よって、第１作用極からは、電子が既述した
ように電圧印加のための配線を通って第２作用極側に移
動し、この電子移動に伴い正孔が第１作用極に残る。こ
の結果、第２作用極の電極膜では、電子により水分子が
還元されて水素が生成し、第１作用極の電極膜では、残
った正孔による水分子の酸化もしくはアルコール分子の
酸化が起こり、前者では酸素が、後者では二酸化炭素が
生成する。
【００１５】従って、色素担持を図った光触媒を電極膜
として用いた場合には、太陽光、蛍光灯光等の可視光照
射により、水素生成を起こすことができ、その生成効率
をより高めることもできる。
として用いた場合には、太陽光、蛍光灯光等の可視光照
射により、水素生成を起こすことができ、その生成効率
をより高めることもできる。
【００１６】
【発明の他の態様】本発明は、水を電気分解する方法或
いは装置に適用した態様を採ることも可能である。即
ち、 光の照射を受けると正孔と電子を生成する光触媒
活性を呈する光触媒の膜が電極膜として形成された第１
作用極と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電極膜
として形成された第２作用極とを、前記水或いは前記電
解質溶液中に浸漬された状態とし、その上で、前記第１
作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能な光を照
射すると共に、前記第１と第２の作用極の電極膜間に、
前記第１作用極の側をプラス側にして直流電圧を印加す
る。こうすれば、簡単な構成で効率よく水を電気分解で
きる。
いは装置に適用した態様を採ることも可能である。即
ち、 光の照射を受けると正孔と電子を生成する光触媒
活性を呈する光触媒の膜が電極膜として形成された第１
作用極と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電極膜
として形成された第２作用極とを、前記水或いは前記電
解質溶液中に浸漬された状態とし、その上で、前記第１
作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能な光を照
射すると共に、前記第１と第２の作用極の電極膜間に、
前記第１作用極の側をプラス側にして直流電圧を印加す
る。こうすれば、簡単な構成で効率よく水を電気分解で
きる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は第１実施例の水素生成装置
１０の模式構成図である。
例に基づき説明する。図１は第１実施例の水素生成装置
１０の模式構成図である。
【００１８】図示するように、水素生成装置１０は、水
を貯留する反応槽１２に、第１作用極２０と第２作用極
３０とを浸漬させて備え、両作用極を定直流電源４０を
介在して導通する。この場合、定直流電源４０は、第１
作用極２０の側がプラス、第２作用極３０の側がマイナ
スとなるようにして導電ライン４１で繋がれており、ス
イッチ４２の回路閉動作で、両作用極間に一定の直流電
圧を印加する。
を貯留する反応槽１２に、第１作用極２０と第２作用極
３０とを浸漬させて備え、両作用極を定直流電源４０を
介在して導通する。この場合、定直流電源４０は、第１
作用極２０の側がプラス、第２作用極３０の側がマイナ
スとなるようにして導電ライン４１で繋がれており、ス
イッチ４２の回路閉動作で、両作用極間に一定の直流電
圧を印加する。
【００１９】水素生成装置１０は、可視光を照射するタ
ングステンランプ４４（出力約５００Ｗ）と、当該ラン
プの点灯制御並びにスイッチ４２の開閉制御を行う制御
装置４６とを有する。なお、この制御装置４６は、定直
流電源４０の印加する直流電圧値を調整可能とされてい
る。
ングステンランプ４４（出力約５００Ｗ）と、当該ラン
プの点灯制御並びにスイッチ４２の開閉制御を行う制御
装置４６とを有する。なお、この制御装置４６は、定直
流電源４０の印加する直流電圧値を調整可能とされてい
る。
【００２０】第１作用極２０は、所定形状に切り出した
ガラス基板２１を電極基材として備え、その表面に、酸
化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いて薄膜成形された透
明電極２２を有し、この電極面に、光触媒電極膜２３を
有する。この作用極の制作手順は次の通りである。
ガラス基板２１を電極基材として備え、その表面に、酸
化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いて薄膜成形された透
明電極２２を有し、この電極面に、光触媒電極膜２３を
有する。この作用極の制作手順は次の通りである。
【００２１】まず、ＩＴＯ製の透明電極２２が薄膜形成
済みのガラス基板２１を準備する。次いで、光触媒とし
ての二酸化チタンの粉末（平均粒径約２μｍ）を水に分
散させたペーストを、スピンコート法等の薄膜形成手法
にて透明電極２２の表面に塗布し（約２０ｃｍ２）、そ
の後、約３００℃以上の焼成温度で焼成する。これによ
り、透明電極２２の電極面上に、二酸化チタン薄膜が光
触媒電極膜２３として形成される。この薄膜形成の際、
ペーストの塗布厚が約１０μｍとなるように調整され
る。
済みのガラス基板２１を準備する。次いで、光触媒とし
ての二酸化チタンの粉末（平均粒径約２μｍ）を水に分
散させたペーストを、スピンコート法等の薄膜形成手法
にて透明電極２２の表面に塗布し（約２０ｃｍ２）、そ
の後、約３００℃以上の焼成温度で焼成する。これによ
り、透明電極２２の電極面上に、二酸化チタン薄膜が光
触媒電極膜２３として形成される。この薄膜形成の際、
ペーストの塗布厚が約１０μｍとなるように調整され
る。
【００２２】更に、二酸化チタン薄膜形成済みのガラス
基板２１を、ルテニウム錯体溶液中に浸漬して引き上
げ、乾燥処理に処す。これにより、光触媒電極膜２３を
形成する薄膜における二酸化チタン（光触媒）にルテニ
ウム錯体が担持され、光触媒電極膜２３は、ルテニウム
錯体（色素）を担持した光触媒の膜（電極膜）となる。
これらの工程を経て、第１作用極２０が完成する。この
場合、ルテニウム錯体は、光触媒（二酸化チタン）が呈
する最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位よりも低い最
低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位を有する。
基板２１を、ルテニウム錯体溶液中に浸漬して引き上
げ、乾燥処理に処す。これにより、光触媒電極膜２３を
形成する薄膜における二酸化チタン（光触媒）にルテニ
ウム錯体が担持され、光触媒電極膜２３は、ルテニウム
錯体（色素）を担持した光触媒の膜（電極膜）となる。
これらの工程を経て、第１作用極２０が完成する。この
場合、ルテニウム錯体は、光触媒（二酸化チタン）が呈
する最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位よりも低い最
低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギ準位を有する。
【００２３】なお、透明電極２２に塗布するペースト
を、二酸化チタン粉末に加えてルテニウム錯体の粉末を
配合・分散させたものとし、透明電極２２へのペースト
塗布・焼成を経て、第１作用極２０を制作するようにす
ることもできる。
を、二酸化チタン粉末に加えてルテニウム錯体の粉末を
配合・分散させたものとし、透明電極２２へのペースト
塗布・焼成を経て、第１作用極２０を制作するようにす
ることもできる。
【００２４】第２作用極３０は、ガラス基板２１とほぼ
同形状に切り出したガラス基板３１とその表面に薄膜形
成された白金電極３２を有する。この白金電極３２は、
真空蒸着法等の薄膜形成手法にて形成される。
同形状に切り出したガラス基板３１とその表面に薄膜形
成された白金電極３２を有する。この白金電極３２は、
真空蒸着法等の薄膜形成手法にて形成される。
【００２５】こうして作成した第１作用極２０と第２作
用極３０とを図示しない電極保持基材に固定して機械強
度を確保し、その上で、各作用極の透明電極２２と白金
電極３２とを導電ライン４１で接続する。そして、両作
用極を反応槽１２の水に浸漬させた状態とする。
用極３０とを図示しない電極保持基材に固定して機械強
度を確保し、その上で、各作用極の透明電極２２と白金
電極３２とを導電ライン４１で接続する。そして、両作
用極を反応槽１２の水に浸漬させた状態とする。
【００２６】上記した構成を有する水素生成装置１０
は、制御装置４６によるタングステンランプ４４の点灯
制御と、スイッチ４２の回路閉制御により、第２作用極
３０で水素を生成し、第１作用極２０で酸素を生成す
る。生成能力については後述する。
は、制御装置４６によるタングステンランプ４４の点灯
制御と、スイッチ４２の回路閉制御により、第２作用極
３０で水素を生成し、第１作用極２０で酸素を生成す
る。生成能力については後述する。
【００２７】第２実施例の水素生成装置は、上記した第
１実施例の水素生成装置１０と、第１作用極構成とラン
プ構成が相違する。つまり、第２実施例では、透明電極
２２に、色素担持のない二酸化チタンを用いて光触媒電
極膜２３が形成されている。また、ランプは、二酸化チ
タンの光触媒活性を励起可能な約４００ｎｍの紫外線
（出力約５００Ｗ）を発する紫外線ランプ４４とされて
いる。
１実施例の水素生成装置１０と、第１作用極構成とラン
プ構成が相違する。つまり、第２実施例では、透明電極
２２に、色素担持のない二酸化チタンを用いて光触媒電
極膜２３が形成されている。また、ランプは、二酸化チ
タンの光触媒活性を励起可能な約４００ｎｍの紫外線
（出力約５００Ｗ）を発する紫外線ランプ４４とされて
いる。
【００２８】上記した構成を有する第２実施例の水素生
成装置にあっても、制御装置４６による紫外線ランプ４
４の点灯制御と、スイッチ４２の回路閉制御により、第
２作用極３０で水素を生成し、第１作用極２０で酸素を
生成する。生成能力については後述する。
成装置にあっても、制御装置４６による紫外線ランプ４
４の点灯制御と、スイッチ４２の回路閉制御により、第
２作用極３０で水素を生成し、第１作用極２０で酸素を
生成する。生成能力については後述する。
【００２９】ここで、上記の実施例の水素生成装置が有
する水素生成能力について説明する。図２は定直流電源
４０による印加電圧値（直流電圧値）と水素発生量の関
係を示すグラフである。
する水素生成能力について説明する。図２は定直流電源
４０による印加電圧値（直流電圧値）と水素発生量の関
係を示すグラフである。
【００３０】図２に示すグラフは、第１実施例の水素生
成装置１０について、定直流電源４０の印加電圧値を０
〜２Ｖの範囲で種々調整し、各電圧値の電圧を継続印加
した状況下で、タングステンランプ４４による光照射が
無い場合と有る場合のそれぞれの水素発生量を測定した
結果である。第２実施例についても同様であり、各電圧
値の電圧を継続印加した状況下で、紫外線ランプ４４に
よる光照射が無い場合と有る場合のそれぞれの水素発生
量を測定した結果である。この場合、電圧値ゼロの結果
は、第１、第２の作用電極をただ単に導通しただけの水
素生成の結果（光照射有り・無し）である。なお、ガス
生成量は、図１の各電極から生成したガスをガスクロマ
トグラフィーに導いて、時間当たりの生成量をガスクロ
マトグラフィーで測定した。
成装置１０について、定直流電源４０の印加電圧値を０
〜２Ｖの範囲で種々調整し、各電圧値の電圧を継続印加
した状況下で、タングステンランプ４４による光照射が
無い場合と有る場合のそれぞれの水素発生量を測定した
結果である。第２実施例についても同様であり、各電圧
値の電圧を継続印加した状況下で、紫外線ランプ４４に
よる光照射が無い場合と有る場合のそれぞれの水素発生
量を測定した結果である。この場合、電圧値ゼロの結果
は、第１、第２の作用電極をただ単に導通しただけの水
素生成の結果（光照射有り・無し）である。なお、ガス
生成量は、図１の各電極から生成したガスをガスクロマ
トグラフィーに導いて、時間当たりの生成量をガスクロ
マトグラフィーで測定した。
【００３１】この図２から判るように、第１、第２の作
用電極を導通しただけであっても（電圧ゼロ）、光照射
により水素を生成できた。また、光照射が無い場合は、
印加電圧が１Ｖ程度から増加するに連れて、水素生成量
が増える。光照射が無ければ、第１作用極２０は光触媒
活性の無い通常の電極として機能するに過ぎないので、
上記の水素生成の状況は、通常の水の電気分解、つま
り、水中で対向する電極間に電圧を印加させて水を電気
分解する場合に観察される状況と同じである。
用電極を導通しただけであっても（電圧ゼロ）、光照射
により水素を生成できた。また、光照射が無い場合は、
印加電圧が１Ｖ程度から増加するに連れて、水素生成量
が増える。光照射が無ければ、第１作用極２０は光触媒
活性の無い通常の電極として機能するに過ぎないので、
上記の水素生成の状況は、通常の水の電気分解、つま
り、水中で対向する電極間に電圧を印加させて水を電気
分解する場合に観察される状況と同じである。
【００３２】ところが、色素担持の光触媒を用いた第１
実施例と、色素担持のない光触媒を用いた第２実施例と
も、２Ｖ未満という僅かな直流電圧を印加するだけで、
電圧ゼロの場合の水素生成量の約１．３〜３倍の水素を
生成でき、水素生成効率を高めることができた。なお、
水の電気分解であるところから、第１作用極２０の側で
の酸素生成効率も同様に高めることができた。
実施例と、色素担持のない光触媒を用いた第２実施例と
も、２Ｖ未満という僅かな直流電圧を印加するだけで、
電圧ゼロの場合の水素生成量の約１．３〜３倍の水素を
生成でき、水素生成効率を高めることができた。なお、
水の電気分解であるところから、第１作用極２０の側で
の酸素生成効率も同様に高めることができた。
【００３３】また、このような効率向上に際して、定直
流電源４０を、その印加電圧値の関係から、乾電池等の
簡便な電源とすることができるので、装置構成を簡略化
できる。しかも、色素担持の光触媒を用いた第１実施例
では、光源をタングステンランプ４４や蛍光灯、或いは
太陽光とすることができるので、この点からも構成の簡
略化を図ることができる。
流電源４０を、その印加電圧値の関係から、乾電池等の
簡便な電源とすることができるので、装置構成を簡略化
できる。しかも、色素担持の光触媒を用いた第１実施例
では、光源をタングステンランプ４４や蛍光灯、或いは
太陽光とすることができるので、この点からも構成の簡
略化を図ることができる。
【００３４】なお、電圧が２Ｖとなると光照射の有無に
拘わらずほぼ同じ水素生成量となるのは、この電圧（２
Ｖ）では、第１作用極２０での酸素生成が電圧印加に伴
う水の電気分解自体により起きて、その生成酸素が第１
作用極２０の光触媒電極膜２３への光の到達を妨げ、電
極膜での光触媒活性の影響を無視できるものとなると考
えられる。
拘わらずほぼ同じ水素生成量となるのは、この電圧（２
Ｖ）では、第１作用極２０での酸素生成が電圧印加に伴
う水の電気分解自体により起きて、その生成酸素が第１
作用極２０の光触媒電極膜２３への光の到達を妨げ、電
極膜での光触媒活性の影響を無視できるものとなると考
えられる。
【００３５】上記のようにして生成した水素および酸素
は、図示しない採集管を得てそれぞれのガス貯留部に集
められ、その後の加圧等を経て、ボンベ内に加圧ガスと
して保管される。こうして得られたガス、例えば水素ガ
スは、水素を燃料ガスとする燃料電池発電装置や、燃料
電池自動車に用いるようにすることができる。
は、図示しない採集管を得てそれぞれのガス貯留部に集
められ、その後の加圧等を経て、ボンベ内に加圧ガスと
して保管される。こうして得られたガス、例えば水素ガ
スは、水素を燃料ガスとする燃料電池発電装置や、燃料
電池自動車に用いるようにすることができる。
【００３６】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００３７】例えば、上記実施例では、反応槽１２に水
を満たした場合について説明したが、反応槽１２にアル
コールを満たしたり、水やアルコールを溶媒とする電解
質溶液を満たして、これら水溶液から、第１、第２の作
用極間の電圧印加、光照射を経て、水素と酸素、或いは
水素と二酸化炭素を生成するようにもできる。
を満たした場合について説明したが、反応槽１２にアル
コールを満たしたり、水やアルコールを溶媒とする電解
質溶液を満たして、これら水溶液から、第１、第２の作
用極間の電圧印加、光照射を経て、水素と酸素、或いは
水素と二酸化炭素を生成するようにもできる。
【図１】第１実施例の水素生成装置１０の模式構成図で
ある。
ある。
【図２】定直流電源４０による印加電圧値（直流電圧
値）と水素発生量の関係を示すグラフである。
値）と水素発生量の関係を示すグラフである。
１０…水素生成装置 １２…反応槽 ２０…第１作用極 ２１…ガラス基板 ２２…透明電極 ２３…光触媒電極膜 ３０…第２作用極 ３１…ガラス基板 ３２…白金電極 ４０…定直流電源 ４１…導電ライン ４２…スイッチ ４４…タングステンランプ ４４…紫外線ランプ ４６…制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｂ 9/00 Ｃ２５Ｂ 11/08 Ｚ 11/08 11/10 Ｂ 11/10 9/00 Ａ Ｆターム(参考） 4G069 AA03 BA04A BA04B BA14A BA14B BA48A BB04A BC35A BC54A BC60A CC40 EA07 4K011 AA20 AA25 AA26 AA32 CA04 DA01 DA10 4K021 AA01 BA02 BA06 DA02 DA09 DA13 DC03
Claims (8)
- 【請求項１】 水或いはアルコールもしくはこれらを溶
媒とする電解質溶液のいずれかから水素を生成する方法
であって、 光の照射を受けると正孔と電子を生成する光触媒活性を
呈する光触媒の膜が電極膜として形成された第１作用極
と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電極膜として
形成された第２作用極とを、前記水或いは前記電解質溶
液中に浸漬された状態とする工程Ａと、 前記第１作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能
な光を照射すると共に、前記第１と第２の作用極の電極
膜間に、前記第１作用極の側をプラス側にして直流電圧
を印加する工程Ｂとを備え、 前記第２作用極の電極膜で水素を生成することを特徴と
する水素生成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の水素生成方法であって、 前記工程Ｂは、２Ｖ未満の直流電圧を印加する、水素生
成方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の水素生成
方法であって、 前記第１作用極の電極膜は、可視光の照射を受けると光
のエネルギを吸収する色素を担持した前記光触媒の膜で
形成され、前記色素は、前記光触媒が呈する最低空軌道
（ＬＵＭＯ）エネルギ準位よりも低い最低空軌道（ＬＵ
ＭＯ）エネルギ準位を有するものとされ、前記工程Ｂ
は、前記光触媒活性の励起可能な光に替えて、可視光を
前記第１作用極に照射する、水素生成方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の水素生成方法であって、 前記色素は、ビピリジン金属錯体、金属ポルフィリン、
金属フタロシアニン、或いはこれらの誘導体の少なくと
も一つである、水素生成方法。 - 【請求項５】 水或いはアルコールもしくはこれらを溶
媒とする電解質溶液のいずれかから水素を生成する装置
であって、 光の照射を受けると正孔と電子を生成する光触媒活性を
呈する光触媒の膜が電極膜として形成された第１作用極
と、電極触媒作用を果たす電極材料の膜が電極膜として
形成された第２作用極とを、前記水或いは前記電解質溶
液中に浸漬された状態で備える電極反応槽と、 前記第１作用極の電極膜に、前記光触媒活性の励起可能
な光を照射する光照射手段と、 該光照射手段による光照射の実行の間に、前記第１と第
２の作用極の電極膜間に、前記第１作用極の側をプラス
側にして直流電圧を印加する電圧印加手段とを備え、 前記第２作用極の電極膜で水素を生成することを特徴と
する水素生成装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の水素生成装置であって、 前記電圧印加手段は、２Ｖ未満の直流電圧を印加する、
水素生成方法。 - 【請求項７】 請求項４または請求項５記載の水素生成
装置であって、 前記第１作用極の電極膜は、可視光の照射を受けると光
のエネルギを吸収する色素を担持した前記光触媒の膜で
形成され、前記色素は、前記光触媒が呈する最低空軌道
（ＬＵＭＯ）エネルギ準位よりも低い最低空軌道（ＬＵ
ＭＯ）エネルギ準位を有するものとされ、 前記電圧印加手段は、前記光触媒活性の励起可能な光に
替えて、可視光を前記第１作用極に照射する、水素生成
装置。 - 【請求項８】 請求項７記載の水素生成装置であって、 前記色素は、ビピリジン金属錯体、金属ポルフィリン、
金属フタロシアニン、或いはこれらの誘導体の少なくと
も一つである、水素生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001168418A JP2002356301A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 水素生成方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001168418A JP2002356301A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 水素生成方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002356301A true JP2002356301A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=19010651
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001168418A Pending JP2002356301A (ja) | 2001-06-04 | 2001-06-04 | 水素生成方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002356301A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100699556B1 (ko) | 2005-10-12 | 2007-03-26 | 한국에너지기술연구원 | 광촉매와 바이오 촉매를 이용한 촉매 분리형 수소 제조장치 |
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-
2001
- 2001-06-04 JP JP2001168418A patent/JP2002356301A/ja active Pending
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