金刚石层叠体的制作方法

本公开涉及一种新型的金刚石层叠体、所述金刚石层叠体的制造方法、以及利用所述金刚石层叠体的电极、电解反应装置、以及由二氧化碳制造一氧化碳的方法。本公开主张2021年11月5日向美国提出临时申请的63/276348的优先权以及2021年11月16日向日本提出申请的日本特愿2021-186365号的优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

1、在将废气等中所含的co2转换为有用化学品的碳循环利用技术中，在对co2进行电解还原的技术中，期待抑制氢的产生而提高co2的转换效率、提高产物的选择率。而且，作为co2的还原产物之一的co，由于是气体，因此在处理容易这一点、以及可以向多种用途展开这一点上特别有用。

2、在专利文献1中，记载了通过使用具备担载au、ag、pt等贵金属的催化剂层的还原电极的电化学反应将co2还原而生成co的发明。但是，通常贵金属价格高，将co2还原为co的反应(co2还原反应)与将水还原为氢的反应(h2o还原反应)竞争，因此co的生成效率低是问题。

3、在专利文献2中，记载了在使用了包含硼掺杂金刚石的还原电极的电化学反应中，当照射深紫外线时，激发硼掺杂金刚石中的电子，当进一步施加电压时，co2还原反应高效地进行。

4、所述硼掺杂金刚石的电位窗宽，因此能一边抑制氢还原反应，一边使co2还原反应进行，但为了使co2还原反应进行，如上所述需要施加电压、照射紫外光，因此需要能以更低的能量高效地还原co2生成co的技术。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开2020-132965号公报

8、专利文献2：日本特开2017-100901号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、因此，本公开的目的在于提供一种能形成电子发射能力优异、还原性优异的电极反应场的金刚石层叠体。

3、本公开的另一个目的在于，提供一种所述金刚石层叠体的制造方法。

4、本公开的另一个目的在于，提供一种利用所述金刚石层叠体的电极。

5、本公开的另一个目的在于，提供一种利用所述金刚石层叠体的电解反应装置。

6、本公开的另一个目的在于，提供一种通过利用所述金刚石层叠体的电解还原反应，由二氧化碳制造一氧化碳的方法。

7、用于解决问题的方案

8、本发明人等为了解决上述问题进行了深入研究，结果发现了以下事项。即，

9、1.含氮金刚石晶体结构体由于通过所含有的氮原子在接近金刚石带隙中的导带的位置处形成施主能级，因此当用可见光照射时，容易转变为激发态并发射电子。

10、2.硼掺杂金刚石晶体结构体的导电性优异。

11、3.所述含氮金刚石晶体结构体和硼掺杂金刚石晶体结构体的层叠体形成富有还原性的反应场，因此作为电极材料是有用的。

12、4.若将所述层叠体作为还原电极进行电化学反应，则可以选择性地促进由co2生成co的还原反应，高效地生成co。

13、本公开是基于这些见解而完成的。

14、即，本公开提供一种层叠体，该层叠体包含：电子激发层(1)，具有碳原子的一部分被氮原子取代的金刚石晶体结构；和导电性层(2)，具有碳原子的一部分被硼原子取代的金刚石晶体结构。

15、本公开还提供所述层叠体，其中，所述层(1)中的氮原子浓度为5×1018atoms/cm3以上，所述层(2)中的硼原子浓度为1×1019atoms/cm3以上。

16、本公开还提供所述层叠体，其中，所述层(1)的厚度为1nm～100μm，所述层(2)的厚度为1μm以上。

17、本公开还提供一种层叠体的制造方法，其中，将具有碳原子的一部分被氮原子取代的金刚石晶体结构的电子激发层(1)与具有碳原子的一部分被硼原子取代的金刚石晶体结构的导电性层(2)层叠而得到所述层叠体。

18、本公开还提供一种电极，该电极包括所述层叠体。

19、本公开还提供一种所述电极，该电极为可见光响应型还原电极。

20、本公开还提供一种电解反应装置，该电解反应装置具备所述电极。

21、本公开还提供一种一氧化碳的制造方法，在可见光照射下，在所述电极上还原二氧化碳而得到一氧化碳。

22、有益效果

23、本发明的金刚石层叠体由于总还原电流密度高(或者，总还原电流密度高，co生成法拉第效率优异)，因此当照射可见光时，容易发射电子，形成还原性优异的反应场。因此，所述金刚石层叠体在光电化学领域中，优选作为利用太阳光作为还原反应所需的能量的低环境负荷型还原电极的材料、或可见光响应型还原电极的材料。

技术特征：

1.一种层叠体，所述层叠体包含：

2.根据权利要求1所述的层叠体，其中，

3.根据权利要求1或2所述的层叠体，其中，

4.一种层叠体的制造方法，其中，将具有碳原子的一部分被氮原子取代的金刚石晶体结构的电子激发层1与具有碳原子的一部分被硼原子取代的金刚石晶体结构的导电性层2层叠，得到如权利要求1或2所述的层叠体。

5.一种电极，该电极包含如权利要求1或2所述的层叠体。

6.根据权利要求5所述的电极，其中，

7.一种电解反应装置，所述电解反应装置具备如权利要求5所述的电极。

8.一种一氧化碳的制造方法，其中，在可见光照射下，在如权利要求5所述的电极上还原二氧化碳而得到一氧化碳。

技术总结
本发明提供一种金刚石层叠体，该金刚石层叠体的电子发射能力优异，能够形成还原性优异的电极反应场。本公开的层叠体包含：电子激发层(1)，具有碳原子的一部分被氮原子取代的金刚石晶体结构；和导电性层(2)，具有碳原子的一部分被硼原子取代的金刚石晶体结构。该层(1)中的氮原子浓度优选为5×1018atoms/cm3以上，该层(2)中的硼原子浓度优选为1×1019atoms/cm3以上。该层(1)的厚度优选为1nm～100μm，该层(2)的厚度优选为1μm以上。

技术研发人员：德田规夫,山崎聪,浅川雅,松本翼,永松信二,中野达也,吉川太朗
受保护的技术使用者：株式会社大赛璐
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11