[发明专利]光化学反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光化学反应装置。

背景技术

从能量问题和环境问题的观点考虑，要求如植物那样通过光能有效地还原CO₂。植物使用以2阶段激发被称为Z路线的光能的系统。植物通过这样的系统的光化学反应，从水(H₂O)中得到电子，还原二氧化碳(CO₂)而合成纤维素和糖类。

然而，在不使用牺牲试剂的情况下，人工地通过光化学反应由水得到电子、分解CO₂的技术效率非常低。

例如，在专利文献1中，作为光化学反应装置，具备氧化H₂O生成氧(O₂)的氧化反应用电极和还原CO₂生成碳化合物的还原反应用电极。氧化反应用电极在光催化剂的表面设置氧化H₂O的氧化催化剂，通过光能得到电位。还原反应用电极在光催化剂的表面设置还原CO₂的还原催化剂，通过电线与氧化反应用电极连接。还原反应用电极通过由氧化反应用电极得到CO₂的还原电位来还原CO₂生成甲酸(HCOOH)。这样，为了得到使用可见光通过光催化剂进行CO₂的还原所必须的电位，使用模拟植物的Z路线型的人工光合成系统。

然而，在专利文献1中，太阳能转化效率非常低，为0.04％左右。这是因为，由可见光激发的光催化剂的能量效率较低。另外，由于还原反应用电极通过电线与氧化反应用电极连接，因此，通过其互联电阻取出电(电流)的效率降低，结果，效率低。

在专利文献2中，考虑了使用用于得到反应电位的硅太阳能电池，在其两面设置催化剂而引起反应的方案。在非专利文献1中，为了得到反应的电位，使用重叠硅太阳能电池的结构，通过在其两面设置催化剂来进行H₂O的电解反应。这些文献中的太阳能转化效率非常高，为2.5％。

另外，该装置为不需要配线的结构，因此易于大型化。另外，作为特征，可举出：由于电池本身可起到隔板的作用而隔离产物，因而不需要分离产物的工序。

但是，在这些装置中，没有CO₂的还原反应成功的例子。另外，为了进行CO₂的还原反应，氧化侧产生的具有正电荷的离子和还原侧产生的具有负电荷的离子必须转移到相反的电极，但是对于这样的板状的层叠结构来说，关于这一点没有考虑。特别是对于在不使用牺牲催化剂的情况下以H₂O为供电子剂的氧化还原反应，质子(氢离子(H⁺))的转移(转移)是必须的。

这样，正在寻求利用光能且光反应效率高的CO₂分解技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-094194号公报

专利文献2：日本特开平10-290017号公报

非专利文献1：S.Y.Reece等人,Science.vol.334.pp.645(2011)

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供一种具有光反应效率高的CO₂分解技术的光化学反应装置。

解决课题的手段

本实施方式的光化学反应装置具备层叠体和使离子在下述氧化催化剂层侧和下述还原催化剂层侧之间转移的离子转移路径，所述层叠体具有氧化水而生成氧和质子的氧化催化剂层、还原二氧化碳而生成碳化合物的还原催化剂层、及在所述氧化催化剂层和所述还原催化剂层之间形成的、通过光能进行电荷分离的半导体层。

附图说明

图1是示出实施方式的光化学反应电池的结构的剖面图。

图2是示出实施方式的光化学反应电池的工作原理的剖面图。

图3是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的立体图。

图4是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的剖面图。

图5是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例1的结构的剖面图。

图6是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例2的结构的剖面图。

图7是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例3的结构的剖面图。

图8是示出第一实施方式的光化学反应装置的变形例4的结构的剖面图。

图9是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的平面图。

图10是示出第一实施方式的光化学反应装置的结构的平面图。