[发明专利]多孔体及其制造方法

说明书

本申请是2005年12月20日递交的发明名称为“多孔体及其制造方法”的申请200480017249.8的分案申请

技术领域

本发明涉及光催化剂，太阳能电池的电极材料等中使用的氧化物半导体多孔体及其制造方法。尤其涉及利用光照射有效生成氧化还原反应的光催化剂或光电极。

背景技术

当向半导体照射光时，可生成具有强还原作用的电子和具有强氧化作用的空穴(positive hole)，利用氧化还原作用可分解与半导体相接触的各种分子。将半导体的这种作用称为光催化作用。自从在半导体光电极上发现水的光分解的所谓本多一藤岛效应以来，已针对光向化学能转换的有用方法进行了大量的研究，例如在以下领域有利用这种原理的应用：1)有机化合物的氧化，2)不饱和化合物的氢化等有机合成，3)去除和分解废液或排气中有害化学物质、4)杀菌5)污物的分解等。

到目前为止，作为这样的半导体(光催化剂)，已知有二氧化钛(Titania)，以及五氧化钒、氧化锌、氧化钨、氧化铜、氧化铁、钛酸锶、钛酸钡、钛酸钠、硫化镉、二氧化锆、氧化铁等。进而，已知这些半导体上载置有铂、钯、铑、钌等金属作为助催化剂的物质作为光催化剂很有效。

现有的光催化剂的研究中，大多使用半导体粉末，为了使光催化剂实用，必须使其成膜化。因此，已知有将其固定在树脂、玻璃等中，半导体本身形成薄膜状使用。然而存在催化剂量自身不充分，不能充分发挥效果的问题。此外，虽然通过增大催化剂层的面积即可增加催化剂的量，但是通常受到设计上的限制，会有很多困难。

另一方面，上述半导体，可以向n型半导体照射光，得到电极的输出。因此，也可以在利用光敏电解(photosensitized degradation)现象的湿式光电池的电极材料等中应用。尤其是，近年来，盛行开发色素增感型(dye sensitization)太阳能电池。作为作用极的半导体电极主结构是在半导体多孔质膜上吸附了色素增感剂的物质。作为这样的半导体材料，可使用二氧化钛(titania)、氧化锡、氧化锌、氧化铌等，作为增感色素，已知有钌的络合物体系等，这种色素增感型太阳能电池与现有的硅太阳能电池相比，具有简单的结构，可以降低成本，但在实用中，如何提高转换效率是最大的课题。

因此，进行了在光催化剂或光电极中，为了以小体积获得较高的光活性，而以低密度增大半导体比表面积的研究，即，半导体的多孔体化的研究。

例如，在日本专利第2636158号公报中公开了一种方法：将二氧化钛涂敷在基板上后，通过加热焙烧，获得表面上具有一致孔径细孔的氧化钛多孔体薄膜光催化剂。

或者，在日本特开平10-151355号公报中公开了一种方法：将光催化剂搭载置或涂敷在具有直径2～50nm细孔的二氧化硅多孔体上。

例如，在日本特开2001-76772号公报中公开了一种氧化物半导体电极，其特征在于，具有导电性基板和在上述导电性基板上形成的、含有由金属氧化物形成的中空状粒子的多孔质氧化物半导体层。

然而，如日本专利第2636158号公报所述，对于将有机凝胶加热烧结形成多孔体的方法，经过深入研究，结果明确了以下问题。

(1)在对氧化物半导体的前体高分子有机凝胶进行烧结的工序中，认为随着前体多孔体的烧结而收缩，得到的氧化物半导体多孔体有密度比前体时提高，比表面积降低的倾向。

(2)由于对具有网状结构骨架的有机凝胶进行烧结，由该有机凝胶烧结得到的氧化物半导体多孔体，其密度和比表面积依赖于有机凝胶的构造，在预先得到有机凝胶后，难以控制它们的密度和比表面积。

如特开平10-151355号公报所述，作为载体使用二氧化硅时，由于二氧化硅是绝缘体，所以存在电传导性差的问题。尤其是用作光电极材料时，为了高效率化，必须改善多孔体的导电性和半导体粒子间的电子网络(network)。

进而，在特开2001-76772中的氧化物半导体电极中，由于微粒子连结形成中空的结构，所以微粒子间的网络很弱，电传导性降低。

与本申请相关的文献

日本特开2001-076772号公报

日本特开2000-319018号公报

WO98/35267

日本特开2003-301283号公报

日本特开平3-093634号公报

日本特开平5-023637号公报

日本特开昭63-280748号公报

发明内容