[發明專利]光催化劑電極及光催化劑電極的制造方法

在審

• 申請號: 201980030562.1
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN112088042A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 立川貴士;戶澤友和
• 申請（專利權）人: 國立大學法人神戶大學;株式會社鐘化
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/02;C25B11/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 沈雪

本發明提供一種與以往相比赤鐵礦系晶粒不易從基材剝離、且具有高的催化劑活性的光催化劑電極。將光催化劑電極的制造設為包括下述工序的方法：在密閉容器內對使赤鐵礦原料分散于原料溶劑而得到的原料溶液進行超過12小時的加熱，形成未完成粒子的未完成粒子形成工序；以及對未完成粒子進行燒制的燒制工序。這樣一來，可以制造高催化劑活性的光催化劑電極。

技術領域

本發明涉及一種堆積有赤鐵礦系晶粒的光催化劑電極及光催化劑電極的制造方法。

背景技術

近年，制造氫氣燃料時，進行著使用陽光使水電解、生成氫氣燃料的光催化劑電極的開發。

作為該光催化劑電極，存在例如使用了赤鐵礦催化劑的光催化劑電極。該赤鐵礦催化劑與氧化鎢(WO₃)、釩酸鉍(BiVO₄)等其它光催化劑相比，吸收波長域寬，吸收可見光，進而理論極限效率高，因此，正在積極地進行研究，

作為與本發明相關聯的文獻，有專利文獻1、2。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特表2004-504934號公報

專利文獻2：國際公開第2013/115213號

發明內容

發明所要解決的問題

在現有的赤鐵礦催化劑的研究中，通過控制各個粒子單元中的結晶結構，從而提高構成赤鐵礦催化劑的粒子本身的電荷分離效率，實現催化劑活性的提高。

然而，在現有的赤鐵礦催化劑的結構中，在赤鐵礦粒子間發生粒子界面的不整齊，晶界電阻變大。因此，對于現有的赤鐵礦催化劑而言，即使照射光而分離成電子與空穴，分離后的電子也會在赤鐵礦粒子間移動，到達導電性基板前，在赤鐵礦粒子內與空穴再結合，不能得到充分的催化劑活性。

另外，對于現有的赤鐵礦催化劑而言，即使可以在各個粒子內提高電荷分離效率，實際上，在將赤鐵礦催化劑層疊于導電性基板上作為光催化劑電極的情況下，導電性基板與赤鐵礦催化劑的接合強度也不充分，存在測定光電流密度后從導電性基板剝離的問題。

因此，本發明的目的在于，提供一種與以往相比赤鐵礦系晶粒不易從基材剝離、且具有高的催化劑活性的光催化劑電極及其制造方法。

解決問題的方法

為了解決上述的問題，本發明人等對于赤鐵礦系的光催化劑，從自基材的剝離及催化劑活性的觀點考慮，反復進行了深入研究。其結果發現，通過利用溶劑熱法進行給定時間的加熱，從而可以形成優質的未完成粒子，進一步對未完成粒子進行燒制，從而可以制造與以往相比不易從基材剝離、且具有高的催化劑活性的赤鐵礦系晶粒。

基于該發現導出的本發明的一個方式是一種光催化劑電極的制造方法，該光催化劑電極在基材的第1主面上堆積有多個赤鐵礦系晶粒，該方法包括：在密閉容器內以上述原料溶劑的沸點以上的溫度對使赤鐵礦原料分散于原料溶劑而得到的原料溶液進行超過12小時的加熱，形成未完成粒子的未完成粒子形成工序；以及對上述未完成粒子進行燒制的燒制工序。

這里所述的“赤鐵礦系晶粒”是指，以赤鐵礦(α-Fe₂O₃)的結晶結構為基本骨架的晶粒，不僅包括赤鐵礦，還包括在赤鐵礦中摻雜有Fe以外的金屬的晶粒。

這里所述的“未完成粒子”是在最終產品的制造過程中產生的粒子，包括前體的粒子、退火等燒制前的粒子。

在優選的方式中，進一步包括：使上述未完成粒子分散于分散溶劑，形成分散溶液，并將上述分散溶液涂布于上述基材上的涂布工序，在上述燒制工序中，對在上述涂布工序中涂布于上述基材上的上述未完成粒子進行燒制。