耦合型光催化剂、光催化剂复合体、耦合型光催化剂的制造方法和氢的制造方法与流程

本发明涉及在产氢光催化剂与产氧光催化剂之间具有固体介质的耦合型光催化剂、在基材上具有上述耦合型光催化剂的光催化剂复合体、上述耦合型光催化剂的制造方法以及使用上述耦合型光催化剂或上述光催化剂复合体的氢的制造方法。

背景技术：

1、近年来，使用光催化剂和阳光来分解水制造氢和氧的技术受到了关注。在利用光催化剂分解水的情况下，优选使用催化水的还原反应(质子的还原反应)和水的氧化反应双方的光催化剂，但这样的光催化剂的种类受到了限制，还有水分解活性低的倾向。

2、因此，研究了并用催化水的还原反应的光催化剂(产氢光催化剂)和催化水的氧化反应的光催化剂(产氧光催化剂)来有效地分解水的方法。

3、例如，使用产氢光催化剂和产氧光催化剂、照射可见光分解水来产生氢和氧双方的体系被称为z型(z-scheme)。在z型中，例如使用了将利用可见光分解水而产生氧的产氧光催化剂、利用可见光分解水而产生氢的产氢光催化剂和氧化还原介质组合而成的光催化剂。并且，使用该光催化剂的z型通过重复如下的循环，能够进行水的完全分解(氢:氧＝2:1(化学计量比))，该循环为：利用产氧光催化剂产生的不参与水的还原的电子将氧化还原介质还原，该被还原后的氧化还原介质被利用产氢光催化剂产生的不参与水的氧化的空穴氧化，而恢复成被还原前的氧化还原介质。

4、然而，为了使上述使用产氢光催化剂和产氧光催化剂的z型发挥催化功能，需要氧化还原介质(例如fe3+/fe2+或i－/io3－)，还有氧化还原介质的电子传递效率低、水分解活性低这样的问题。另外，需要针对氧化还原介质的氧化还原电位，选择适当的光催化剂，也有光催化剂的选择范围窄这样的问题。

5、另一方面，作为不使用氧化还原介质的耦合(接合)型光催化剂，例如在专利文献1中提案了一种光催化剂层，其含有产氢用可见光响应型的第一光催化剂颗粒、产氧用可见光响应型的第二光催化剂颗粒和能够储存电子和空穴的导电性颗粒，上述导电性颗粒设置于上述第一光催化剂颗粒与上述第二光催化剂颗粒之间，并且在比上述第一光催化剂颗粒的价电子带上端的电子能级靠负的位置以及比上述第二光催化剂颗粒的传导带下端的电子能级靠正的位置具有费米能级，上述导电性颗粒配置为与上述第一光催化剂颗粒和上述第二光催化剂颗粒连接。

6、另外，在非专利文献1中提案了由znrh2o4/au/bivo4构成的阶层结构的z型光催化剂。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开2017-124394号公报

10、非专利文献

11、非专利文献1：toshihiro takashima et al.,j.mater.chem.a,2019,7,10372-10378

技术实现思路

1、发明所要解决的技术问题

2、将产氢光催化剂和产氧光催化剂利用金属或金属氧化物耦合而成的耦合型光催化剂是非常简单的构成，在可见光照射下的水等的分解反应中显示高的催化活性，但要求进一步提高催化活性。

3、本发明是鉴于上述那样的状况而完成的发明，其提供一种具有比现有的耦合型光催化剂高的催化活性的耦合型光催化剂。本发明还提供在基材上具有上述耦合型光催化剂的光催化剂复合体、上述耦合型光催化剂的制造方法和使用上述耦合型光催化剂或上述光催化剂复合体的氢的制造方法。

4、用于解决技术问题的技术方案

5、本发明的发明人反复精心研究，结果发现利用以下的耦合型光催化剂能够解决上述技术问题。

6、即，本发明涉及一种耦合型光催化剂，该耦合型光催化剂在产氢光催化剂与产氧光催化剂之间具有固体介质，上述固体介质与上述产氧光催化剂的电子捕集面选择性地耦合。

7、发明效果

8、本发明的耦合型光催化剂的特征在于：在产氧光催化剂的电子捕集面选择性地耦合有固体介质。本发明的发明人发现通过产氧光催化剂具有激发电子容易聚集的特定的结晶面、以及使固体介质选择性地与激发电子最容易聚集的结晶面耦合，能够有效地使利用产氧光催化剂产生的不参与水等的还原的激发电子移动到固体介质。由此，在上述固体介质中，能够促进上述激发电子与利用产氢光催化剂产生的不参与水等的氧化的空穴之间的电荷再结合反应，其结果发现催化活性提高。如果使用本发明的耦合型光催化剂，则能够以高的水分解反应效率将水分解为氧和氢。

技术特征：

1.一种耦合型光催化剂，其特征在于：

2.如权利要求1所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

3.如权利要求1或2所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

4.如权利要求1～3中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

5.如权利要求4所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

6.如权利要求1～5中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

7.如权利要求1～6中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

8.如权利要求1～7中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

9.如权利要求1～8中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

10.如权利要求1～9中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

11.如权利要求1～10中任一项所述的耦合型光催化剂，其特征在于：

12.一种光催化剂复合体，其特征在于：

13.一种耦合型光催化剂的制造方法，其用于制造权利要求1～11中任一项所述的耦合型光催化剂，所述制造方法的特征在于：

14.权利要求1～11中任一项所述的耦合型光催化剂作为水分解用光催化剂或有机物分解用光催化剂的用途。

15.一种氢的制造方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种具有比现有的耦合型光催化剂高的催化活性的耦合型光催化剂。本发明还提供在基材上具有上述耦合型光催化剂的光催化剂复合体、上述耦合型光催化剂的制造方法和使用上述耦合型光催化剂或上述光催化剂复合体的氢的制造方法。本发明的耦合型光催化剂在产氢光催化剂与产氧光催化剂之间具有固体介质，上述固体介质与上述产氧光催化剂的电子捕集面选择性地耦合。

技术研发人员：宫里辽,东条卓人
受保护的技术使用者：花王株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12