[发明专利]光半导体电极以及使用具备光半导体电极的光电化学单元对水进行光分解的方法

权利要求书

1.一种光半导体电极，具备：

导电基板；

第一半导体光催化剂层，其形成在所述导电基板的表面上；以及

第二半导体光催化剂层，其设置在所述第一半导体层的表面上，

其中，所述导电基板的费米能级与真空能级之间的能量差，小于所述第一半导体光催化剂层的费米能级与真空能级之间的能量差，

所述第一半导体光催化剂层的费米能级与真空能级之间的能量差，小于所述第二半导体光催化剂层的费米能级与真空能级之间的能量差，

所述第一半导体光催化剂层的价带的上端与真空能级之间的能量差，大于所述第二半导体光催化剂层的价带的上端与真空能级之间的能量差，

所述第一半导体光催化剂层的导带的下端与真空能级之间的能量差，大于真空能级与所述第二半导体光催化剂层的导带的下端之间的能量差，

所述光半导体电极在表面具有多个柱状突起，并且

各柱状突起的表面由所述第二半导体光催化剂层形成。

2.根据权利要求1所述的光半导体电极，

在各柱状突起的内部，包含所述第一半导体光催化剂层的一部分以及所述导电基板的一部分，

包含在各柱状突起的内部的所述导电基板的一部分为柱状，

包含在各柱状突起的内部的所述导电基板的一部分，被包含在各柱状突起的内部的所述第一半导体光催化剂层覆盖，并且

包含在各柱状突起的内部的所述第一半导体光催化剂层的一部分，被形成在各柱状突起的表面的所述第二半导体光催化剂层覆盖。

3.根据权利要求2所述的光半导体电极，

所述第一半导体光催化剂层具有10纳米以上且100纳米以下的厚度。

4.根据权利要求1所述的光半导体电极，

所述第一半导体光催化剂层由从包括氧化物、氮化物以及氮氧化物的组中选择的至少1种化合物形成，并且

所述至少1种化合物包含从包括Ti、Nb以及Ta的组中选择的至少1种元素。

5.根据权利要求1所述的光半导体电极，

所述第二半导体光催化剂层由从包括氧化物、氮化物以及氮氧化物的组中选择的至少1种化合物形成，并且

所述化合物包含从包括Ti、Nb以及Ta的组中选择的至少1种元素。

6.根据权利要求1所述的光半导体电极，

所述导电基板由多个金属层构成。

7.根据权利要求1所述的光半导体电极，

所述柱状突起的前端是尖的。

8.一种对水进行光分解的方法，包括工序(a)和工序(b)，

在所述工序(a)中，准备光电化学单元，所述光电化学单元具备：

权利要求1所述的光半导体电极；

反电极，其与所述导电体电连接；

液体，其与所述光半导体电极的表面以及所述反电极的表面接触；以及

容器，其容纳所述光半导体电极、所述反电极、以及所述液体，

其中，所述液体为电解质水溶液或水，

在所述工序(b)中，对所述光半导体电极照射光。

9.根据权利要求8所述的方法，

在所述工序(b)中，从相对于柱状突起倾斜的方向对所述光半导体电极照射光。

10.根据权利要求8所述的方法，

在各柱状突起的内部，包含所述第一半导体光催化剂层的一部分以及所述导电基板的一部分，

包含在各柱状突起的内部的所述导电基板的一部分为柱状，

包含在各柱状突起的内部的所述导电基板的一部分，被包含在各柱状突起的内部的所述第一半导体光催化剂层覆盖，并且

包含在各柱状突起的内部的所述第一半导体光催化剂层的一部分，被形成在各柱状突起的表面的所述第二半导体光催化剂层覆盖。

11.根据权利要求10所述的方法，

所述第一半导体光催化剂层具有10纳米以上且100纳米以下的厚度。

12.根据权利要求8所述的方法，

所述第一半导体光催化剂层由从包括氧化物、氮化物以及氮氧化物的组中选择的至少1种化合物形成，并且

所述至少1种化合物包含从包括Ti、Nb以及Ta的组中选择的至少1种元素。