[发明专利]新型铁化合物与氧化石墨烯的复合体

说明书

技术领域

本发明涉及铁化合物与氧化石墨烯的复合体、该复合体的制法及该复合体的用途、特别是作为在由水等制造(产生)氢的反应中使用的光催化剂及在水的分解反应中使用的电极的用途。

背景技术

以往，已知有利用太阳光等光能而由水或醇等产生氢的技术，在这样的技术中，使用光催化剂(例如参照专利文献1)。作为光催化剂，已知有使用铂等作为助催化剂的氧化钛等金属氧化物半导体、或使用了铂、钌、钴、镍等的金属络合物等，使用它们来提高产氢效率的技术被广泛研究。

作为氧化石墨烯与铁的复合体，例如已知有以下的复合体。已知将在通过频闪光被还原的氧化石墨烯表面形成有铁氧化物纳米粒子的复合体用于锂离子电极(非专利文献1)。已知有将硝酸铁与羧甲基纤维素钠的凝胶进行干燥·加热处理而得到的铁的铁氧化物的平均粒径为2～100nm、铁/碳比为0.01～0.5的铁碳复合体(专利文献2)。已知有在无定形碳中分散平均粒径为2～100nm的氧化铁、铁/碳比为0.01～0.5、具有磁性的铁碳复合体(专利文献3)。合成通过将具有磁性的铁氧化物在氧化石墨烯的水溶液中混合·干燥而得到的氧化铁与氧化石墨烯的复合体，作为生物适应性扩展试剂使用(非专利文献2)。

此外，已知将负载有具有磁性的铁氧化物的氧化石墨烯作为光产氢电极使用(非专利文献3)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-245469号公报

专利文献2：日本特开2013-35743号公报

专利文献3：日本特开2014-69973号公报

非专利文献

非专利文献1：日本化学会讲演予稿集，95，3，649，2015

非专利文献2：Nanoscale Research Letters，9，656，2014

非专利文献3：Advanced Materials，25，3820-3839，2013

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的主要目的是提供作为光催化剂或电极的有效成分极其有用的新型铁化合物与氧化石墨烯的复合体。具体而言，其目的是提供对于使用能够长期使用且对环境的负荷少的原材料、利用自然光由水等产生氢而言有用的光催化剂；及提供使用该催化剂的产氢装置；以及在水的水解反应中使用的电极。进而，其目的还是提供新型铁化合物与氧化石墨烯的复合体的制法、及由水等制造氢的方法。

用于解决课题的方案

本发明人们发现：若将在主要具有环氧基的氧化石墨烯上牢固地分散负载有粒径为0.1～10nm的铁化合物粒子的新型铁化合物与氧化石墨烯的复合体作为光催化剂使用，则来自水等的产氢效率非常高。此外，该光催化剂由于使用廉价的金属，所以能够降低氢的制造成本。进而发现，这样的铁化合物与氧化石墨烯的复合体通过在不活泼溶剂中对铁化合物和氧化石墨烯照射紫外光及可见光的简便的方法而适宜地制造。本发明是通过基于这些见解并进一步反复研究而完成的发明。

发明效果

本发明提供由因在地壳中大量地存在所以供给稳定、环境方面的安全性高的铁化合物与氧化石墨烯的复合体构成的光催化剂。该光催化剂廉价，且产氢效率高，回收·再生容易，且环境污染性极低，能够大幅降低氢的制造成本。此外，本发明还能够提供作为该光催化剂极其有用的新型铁化合物与氧化石墨烯的复合体、该复合体的制法及该复合体的用途、特别是作为在由水等制造(产生)氢的反应中使用的光催化剂及在水的分解反应中使用的电极的用途。进而，本发明还能够提供使用铁化合物与氧化石墨烯的复合体的由水等制造氢的方法(产生的方法)。

即，本发明提供下述公开的方式的发明。

项1.一种铁化合物与氧化石墨烯的粒子状复合体，其特征在于，

(1)粒子状复合体的一次粒子的粒径为0.1～100μm，

(2)铁化合物的粒径为0.1～10nm，

(3)铁的含量为0.1～50质量％，

(4)在红外吸收光谱中，实质上不存在来源于O-H基、C＝O基及701cm^-1附近的Fe-O基的吸收，存在来源于C-O基的吸收，

(5)在氧化石墨烯上负载有铁化合物。

项2.根据项1所述的复合体，其中，铁化合物为Fe₃O₄、Fe₂O₃或它们的混合物。

项3.根据项1或2所述的复合体，其中，铁化合物的粒径为0.5～5nm。