[发明专利]氢生成设备

说明书

技术领域

本发明涉及通过使用光来将水分解成氢和氧以获得氢气为目的的氢生成设备。

背景技术

目前，作为光催化剂而发挥功能的半导体材料的利用方法已知有通过对所述半导体材料照射光，由此分解水来提取氢，或者提取电能的方法(例如，参照专利文献1及2)。

在专利文献1中公开了具有将光催化剂与太阳能电池重合的结构的水分解用半导体光电极和使用了该水分解用半导体光电极的水分解用系统。该半导体光电极从受光面侧按顺序包括光催化剂膜、透明导电膜、具备用于将表背面间电连接的电极的透明基板、透明导电膜、电解质溶液、担载了色素的氧化钛层、金属基板、氢生成用催化剂层。在专利文献1中公开了通过对该半导体光电极照射太阳光来将水分解以提取氢气及氧气的内容。具体而言，记载了作为光催化剂膜，使用从由氧化钛、氧化钨及三氧化二铁构成的组中选出的材料所构成的膜。

在专利文献2中公开了具备作为光催化剂的多结晶性金属氧化物半导体的再生型光电化学电池。在专利文献2中公开了多结晶性金属氧化物半导体不发生腐蚀且具有在可见光谱的范围内(更详细而言，在太阳光线的光谱的范围内)改善了的电能产额的光电化学电池及其使用法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-265697号公报

专利文献2：日本专利第2664194号公报

发明内容

然而，就专利文献1所公开的水分解用系统而言，在水分解用半导体光电极中，作为氧生成部位的光催化剂膜表面与作为氢生成部位的氢生成用催化剂层表面之间被半导体光电极自身隔开。因此，质子仅通过在半导体光电极的下部设置的间隙进行移动，无法充分地产生氢生成所需要的从光催化剂膜侧向氢生成用催化剂层侧的质子的移动。其结果是，在氢生成用催化剂层附近陷入质子的扩散速率控制状态，随着照射光而氢及氧的生成反应的进展，反应效率降低。并且，由于在氧生成部位与氢生成部位之间没有设置防止气体的混合的机构，因此生成的氢气与氧气相互混合而难以分离回收。

专利文献2所公开的光电化学电池及其使用法利用了通常的色素敏化型太阳能电池的工作原理。即，专利文献2所公开的技术将光能转换成电能来取出，因此无法直接用作将水分解来取出氢的技术。具体而言，通过向担载了色素的氧化钛层(作为光催化剂的多结晶性金属氧化物半导体)照射光而产生的电子和空穴在经由外部电路后，通过电解质的氧化还原反应而使这两者均被消耗，因此无法将电解质水溶液中的水分子氧化还原。其结果是，光电化学电池无法生成氧及氢。

因此，本发明鉴于上述现有的问题点而提出，其课题在于提供一种氢生成设备作为利用光催化剂所引起的水的分解反应来提取氢的设备，从而能够抑制氢及氧的生成反应的效率随着反应的进展而降低的情况，提高氢生成反应的效率，进而容易地回收所生成的氢。

本发明提供的氢生成设备具备：

透明基板；

光催化剂电极，其由配置在所述透明基板上的透明导电层及配置在所述透明导电层上的光催化剂层形成；

相反极，其与所述透明导电层电连接；

电解液层，其设置在所述光催化剂电极与所述相反极之间且含有水；

分隔件，其将所述电解液层分隔成与所述光催化剂电极相接的第一电解液层和与所述相反极相接的第二电解液层；

第一气体取出口，其与所述第一电解液层连接，用于取出在所述第一电解液层的内部产生的氧气或氢气；

第二气体取出口，其与所述第二电解液层连接，用于取出在所述第二电解液层的内部产生的氢气或氧气，

所述光催化剂电极和所述相反极以所述光催化剂层的表面与所述相反极的表面相面对的方式配置，

所述分隔件能够使所述电解液层中的电解质透过且抑制所述电解液层中的氢气及氧气透过。

发明效果

根据本发明的氢生成设备，光催化剂层的表面与相反极的表面的距离在整面上变近。从而，充分地产生质子向作为氢生成部位的光催化剂层的表面或相反极的表面的移动及扩散。其结果是，氢生成反应的效率得以提高。并且，电解液层由能够使电解液层中的电解质透过且抑制在电解液层中产生的氢气及氧气的透过的分隔件分离成与光催化剂层相接的第一电解液层和与相反极相接的第二电解液层。从而，能够容易地分离在光催化剂层表面上产生的氧(或氢)与在相反极表面上产生的氢(或氧)，使得生成的氢的回收容易。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的氢生成设备的结构的简图。