[发明专利]包含镓的硒化物的水分解用光催化剂和包含所述光催化剂的水分解用光电极

说明书

技术领域

本发明涉及水分解用光催化剂，更具体地，使用能量如太阳光来制造氢的水分解用光催化剂，以及包含所述光催化剂的水分解用光电极。

背景技术

氢作为清洁燃料已引起了注意，因为它的燃烧不产生二氧化碳。然而，氢的工业制造依赖于化石燃料，因此在氢的制造过程中放出二氧化碳。因此，即使使用氢作为燃料，也不能解决化石燃料的耗竭和由二氧化碳造成的全球变暖。因此，已把大量注意力集中到能够使用自然能如太阳光来分解水而制造氢的光催化剂。

日本未审查专利公开(Kohyo)2010-519057号描述了至少一种纳米粒子作为多种化学反应如氧化还原反应和水分解的光催化剂的用途，其中所述至少一种纳米粒子包含至少一个金属/金属合金区域和在可见(400-700nm)到近红外(NIR)范围(0.7-3μm)具有吸收开始的至少一个半导体区域，其中所述至少一个半导体区域是III-VI族的且选自InSe、InTe、InS、GaSe、InGaSe、InSeS、以及它们的合金。

日本未审查专利公开(Kokai)2010-046604号描述了一种光催化剂，其使用化合物A，所述化合物A包含具有dⁿ(0<n<10)型电子构型的金属离子、氧离子(O^2-)以及选自如下的至少一种元素B的离子：H、Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、稀土元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、C、Si、Ge、Sn、N、P、Sb、S、Se、Te、F、Cl、Br和I(条件是当元素B是金属元素时，所述元素B的离子具有除dⁿ(0<n<10)型电子构型以外的电子构型)。日本未审查专利公开(Kokai)2010-046604号还描述了可通过在照射光的同时使这种光催化剂与含氢化合物接触来制造氢。

发明内容

如上所述，日本未审查专利公开(Kohyo)2010-519057号描述了包含各种金属/金属合金与半导体的组合的纳米粒子作为多种化学反应的光催化剂的用途。然而，日本未审查专利公开(Kohyo)2010-519057号未具体公开纳米粒子在用于水分解反应中时的水分解活性。类似地，日本未审查专利公开(Kokai)2010-046604号未具体公开作为光催化剂的上述化合物A在用于水分解反应中时的水分解活性。

另一方面，为了使光催化剂在水分解反应中有效地起作用，一般优选的是，光催化剂的导带最小值(CBM)和价带最大值(VBM)处于将水的还原电位与氧化电位夹在其间的位置。

例如，Cu基黄铜矿材料如Cu(In,Ga)(Se,S)₂一般是显示p型传导性的半导体材料并且典型地以多晶状态用于薄膜太阳能电池等中，并且已知这种材料的有利之处在于例如对应于从VBM到CBM的能量差的带隙可以通过改变其组成来控制。然而，Cu(In,Ga)(Se,S)₂材料的VBM与水的氧化电位相比相当低，因此即使将这种材料用于水分解用光催化剂、光电极等中，也不能获得充分的水分解活性。

因此，本发明的目的是提供对通过水分解制造氢具有更高活性的光催化剂和包含所述光催化剂的光电极。

用于实现该目的的本发明如下。

(1)一种水分解用光催化剂，包含Ga的硒化物、Ag-Ga的硒化物或其两者。

(2)如项(1)所述的水分解用光催化剂，包含Ga的硒化物和Ag-Ga的硒化物两者。

(3)如项(1)或(2)所述的水分解用光催化剂，其中所述Ga的硒化物选自由GaSe、Ga₂Se₃及其组合组成的群。

(4)如项(3)所述的水分解用光催化剂，其中所述Ga的硒化物是GaSe。

(5)如项(1)至(4)中任一项所述的水分解用光催化剂，其中所述Ag-Ga的硒化物选自由AgGaSe₂、AgGa₅Se₈及其组合组成的群。

(6)如项(5)中所述的水分解用光催化剂，其中所述Ag-Ga的硒化物是AgGaSe₂。

(7)如项(1)至(6)中任一项所述的水分解用光催化剂，其中所述光催化剂进一步包含负载于其上的Rh和Pt中的至少一种。