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公開番号2024123413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023030812
出願日2023-03-01
発明の名称光触媒及びその製造方法、並びに前記光触媒を用いた水の分解方法
出願人住友金属鉱山株式会社,国立大学法人信州大学
代理人個人,個人
主分類B01J 23/22 20060101AFI20240905BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】水を分解して水素と酸素とを生成し得る新規な酸化バナジウム系光触媒を提供すること。
【解決手段】正方晶系結晶構造を有するScVO₄を主成分化合物として含む複合酸化物粒子を備える光触媒。
【選択図】図21
特許請求の範囲【請求項１】
正方晶系結晶構造を有するＳｃＶＯ
４
を主成分化合物として含む複合酸化物粒子を備える光触媒。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記複合酸化物粒子は、そのスカンジウム（Ｓｃ）含有量に対するバナジウム（Ｖ）含有量の原子比（Ｖ／Ｓｃ）が０．９０以上１．００以下である、請求項１に記載の光触媒。
【請求項３】
前記複合酸化物粒子の表面に担持された助触媒をさらに含む、請求項１又は２に記載の光触媒。
【請求項４】
前記助触媒が、ロジウム（Ｒｈ）－クロム酸化物（Ｃｒ
２
Ｏ
３
）を含む、請求項３に記載の光触媒。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の光触媒の製造方法であって、
スカンジウム（Ｓｃ）原料とバナジウム（Ｖ）原料を混合して原料混合物を得る工程と、
前記原料混合物を５８０℃以上の温度で焼成して反応生成物を得る工程と、を備える方法。
【請求項６】
前記原料混合物は、そのスカンジウム（Ｓｃ）含有量に対するバナジウム（Ｖ）含有量の原子比（Ｖ／Ｓｃ）が１．０５以上１．２０以下である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記反応生成物をアルカリ性水溶液で洗浄処理する工程をさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記反応生成物に助触媒を担持する工程をさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記原料混合物を焼成する温度が６８０℃以上１３００℃以下である、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の光触媒と水とを含む懸濁液に紫外光を照射し、それにより、前記水を分解して水素と酸素を発生させる、水の分解方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒及びその製造方法、並びに前記光触媒を用いた水の分解方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温鈍化や化石資源枯渇の問題から、光触媒を用いた水の分解反応に関する技術開発が注目を集めている。水の分解反応を利用することで、太陽光エネルギーを水素などの化学エネルギーに変換して有効活用することができる。
【０００３】
光触媒を用いた水の光分解では、微粒子状の半導体粒子を水中に分散させ、これに光照射することで水素と酸素が生成する。半導体粒子のバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光を半導体粒子が吸収すると、価電子帯の電子が伝導帯に励起される。それに伴い、負の電荷をもつ自由電子が伝導帯に生じるとともに、正の電荷をもつ正孔が価電子帯に生成する。これらは半導体粒子の表面に移動し、そこで正孔が水を酸化して酸素を発生させ、自由電子が水素イオンを還元して水素を発生させる。
【０００４】
水分解反応を起こす上で、半導体粒子のバンドギャップ以上のエネルギーをもつ光を照射する必要がある。言い換えれば、半導体粒子は、そのバンドギャップよりも大きいエネルギーをもつ光しか吸収できない。
【０００５】
従来から、酸化チタンが光触媒材料として知られている。しかしながら、酸化チタンはバンドギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、アナターゼ型の場合は酸素生成速度が低い。非特許文献１によると、ルチル型の場合はＲｈ、Ｐｔ、Ｐｄを助触媒とした場合に、水分解を可能とするとされているが、Ｒｈ－Ｃｒ
２
Ｏ
３
触媒を担持した場合に水分解活性を示さず、逆反応を防止しにくい。したがって、高効率化に適さない。
【０００６】
そのため、酸化チタン以外の光触媒材料の開発が進んでおり、そのうち、酸化バナジウム系化合物が注目を集めている。例えば、酸化バナジウム（Ｖ
２
Ｏ
５
）や単斜晶バナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ
４
）は酸化物でありながら適切なバンドギャップ（２．３ｅＶもしくは２．４ｅＶ）を有し、優れた酸素生成型光触媒として知られる。しかしながら、伝導帯の下端が水素生成準位より貴なために、水分解触媒ではなく、水素発生触媒と組み合わせたＺスキーム型光触媒として利用されることが多い。
【０００７】
酸化バナジウム系化合物に関する文献として、特許文献１には、ＢｉＶＯ
４
からなる光触媒粒子が開示されている。具体的には、水素発生用可視光応答型光触媒粒子と、酸素発生用可視光応答型光触媒粒子とを含む複合光触媒について、酸素発生用可視光応答型光触媒粒子がＢｉＶＯ
４
等であること、及び可視光による水の光分解反応に複合触媒を用いることが記載されている（特許文献１の請求項１及び９）。
【０００８】
水の分解反応とは異なる用途に用いられるものではあるが、特許文献２にはバナジン酸ビスマス（ＢｉＶＯ
４
）のＢｉサイトの一部にランタン（Ｌａ）がドープされてなる可視光応答型光触媒が開示されている（特許文献２の請求項１）。特許文献２には、当該光触媒に関して、Ｌａドープにより、ＢｉＶＯ
４
の価電子帯上端位置が下がり、酸化力が高まり、その結果、有機物の分解能を高めることが可能になると記載されている（特許文献２の［０００８］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
国際公開第２０１４／０４６３０５号
特開２０２０－０４０８３０号公報
【非特許文献】
【００１０】
Maeda, Kazuhiko. Photocatalytic properties of rutile TiO2 powder for overall water splitting. Catalysis Science & Technology 4.7 (2014): 1949-1953.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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