還原二氧化碳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用光能還原二氧化碳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 專利文獻(xiàn)1~3公開了關(guān)于利用光能還原二氧化碳的方法。
[0003] 專利文獻(xiàn)4公開了將陽光聚集，使微生物進(jìn)行光合作用的光合作用反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0004] 專利文獻(xiàn)5和專利文獻(xiàn)6公開了在利用光能還原二氧化碳的裝置中，使用透鏡或 反射鏡使陽光聚集的結(jié)構(gòu)。
[0005] 專利文獻(xiàn)7作為利用光能還原二氧化碳的裝置的陽極電極，公開了具有包含氮化 物半導(dǎo)體層的區(qū)域的陽極電極，所述氮化物半導(dǎo)體層是GaN層和AlxGa1 XN層（0 < X < 1) 層疊而成的。
[0006] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平05-311476號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平07-188961號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)3 :國(guó)際公開第2012/046374號(hào)
[0010] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平04-166076號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2003-275599號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開2013-17929號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)7 :日本專利第5236125號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 但是，要求二氧化碳的還原效率的進(jìn)一步提高。
[0015] 本發(fā)明的目的是提供一種提高還原效率的還原二氧化碳的新方法。
[0016] 本發(fā)明涉及的還原二氧化碳的方法，是利用用于還原二氧化碳的裝置還原二氧化 碳的方法，具有以下的工序（a)和工序（b)，所述工序（a)是準(zhǔn)備二氧化碳還原裝置的工序， 所述二氧化碳還原裝置具備以下部件：陰極室、陽極室、固體電解質(zhì)膜、聚光部、陰極電極和 陽極電極，其中，所述陰極電極在其表面具有金屬或金屬化合物，所述陽極電極在其表面具 有包含氮化物半導(dǎo)體層的區(qū)域，所述氮化物半導(dǎo)體層是GaN層和AlxGa1 XN層（0 < X < 1) 層疊而成的，在所述陰極室的內(nèi)部保持有第1電解液，在所述陽極室的內(nèi)部保持有第2電解 液，所述陰極電極與所述第1電解液接觸，所述陽極電極與所述第2電解液接觸，所述固體 電解質(zhì)膜被夾在所述陰極室和所述陽極室之間，所述第1電解液含有所述二氧化碳，并且， 所述陰極電極不經(jīng)由外部電源而與所述陽極電極電連接，所述工序b是利用所述聚光部將 波長(zhǎng)為360nm以下的光聚集并將所述光照向所述陽極電極，將所述第1電解液中含有的二 氧化碳在所述陰極電極上還原的工序。
[0017]
[0018] 本發(fā)明涉及的還原二氧化碳的方法能夠提高二氧化碳的還原效率。
【附圖說明】
[0019] 圖1是表示本發(fā)明涉及的陽極電極的截面圖。
[0020] 圖2是表示本發(fā)明涉及的另一陽極電極的截面圖。
[0021] 圖3是表示本發(fā)明涉及的另一陽極電極的截面圖。
[0022] 圖4是表示本發(fā)明涉及的二氧化碳還原裝置的概略圖。
[0023] 圖5是表示實(shí)施例2的結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] (完成本發(fā)明涉及的二氧化碳的還原方法的見解）
[0025] 對(duì)于完成本發(fā)明涉及的二氧化碳的還原方法的見解進(jìn)行說明。
[0026] 專利文獻(xiàn)2公開了通過向陽極電極照射光，在陰極電極將電解液中含有的二氧化 碳還原。更詳細(xì)而言，通過向陽極電極照射光，在陽極電極生成載流子（電子和空穴）。并 且，在陽極電極生成的電子經(jīng)由配線向陰極電極供給。在陰極電極上，通過由陽極電極供給 的電子，將電解液中含有的二氧化碳還原，生成還原生成物。
[0027] 在此，在陰極電極生成的二氧化碳的還原生成物的生成量，依賴于在陽極電極生 成的電子的量。也就是說，通過對(duì)陽極電極照射光，在陽極電極生成的電子的量如果恒定， 則預(yù)測(cè)在陰極電極生成的二氧化碳的還原生成物的生成量也會(huì)恒定。
[0028] 但是，本發(fā)明人進(jìn)行了認(rèn)真研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以下那樣的事實(shí)，從而完成了本發(fā)明 的關(guān)于使用二氧化碳還原裝置的二氧化碳的還原方法的發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明人為了提高向陽極電極照射的光的強(qiáng)度，在專利文獻(xiàn)2所公開的二氧化碳 還原裝置中設(shè)置了聚光部（以下稱為"聚光裝置")。利用該聚光裝置，將從光源照射的光聚 集，并將聚集后的光對(duì)陽極電極照射。此時(shí)，調(diào)整聚光裝置的位置、光強(qiáng)度和照射面積，使得 陽極電極從光源得到的能量恒定。其結(jié)果，確認(rèn)到通過提高單位面積的光強(qiáng)度，使在陰極電 極生成的二氧化碳的還原生成物的生成量增加。也就是說，本申請(qǐng)發(fā)明人根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果 發(fā)現(xiàn)，盡管由于陽極電極從光源得到的能量為恒定，因此在陽極電極生成的電子的量恒定， 但是在陰極電極生成的二氧化碳的還原生成物的生成量還是增加。
[0030] 本發(fā)明是基于上述見解完成的。
[0031] 本發(fā)明的第1方式涉及的還原二氧化碳的方法，是使用用于還原二氧化碳的裝置 還原二氧化碳的方法，具有以下的工序（a)和工序（b)，所述工序（a)是準(zhǔn)備二氧化碳還 原裝置的工序，所述二氧化碳還原裝置具備以下部件：陰極室、陽極室、固體電解質(zhì)膜、聚光 部、陰極電極和陽極電極，其中，所述陰極電極在其表面具有金屬或金屬化合物，所述陽極 電極在其表面具有包含氮化物半導(dǎo)體層的區(qū)域，所述氮化物半導(dǎo)體層是GaN層和AlxGa1 XN 層（0 < X < 1)層疊而成的，在所述陰極室的內(nèi)部保持有第1電解液，在所述陽極室的內(nèi)部 保持有第2電解液，所述陰極電極與所述第1電解液接觸，所述陽極電極與所述第2電解液 接觸，所述固體電解質(zhì)膜被夾在所述陰極室和所述陽極室之間，所述第1電解液含有所述 二氧化碳，并且，所述陰極電極不經(jīng)由外部電源而與所述陽極電極電連接，所述工序（b)是 利用所述聚光部將波長(zhǎng)為360nm以下的光聚集并對(duì)所述陽極電極照射所述光，將所述第1 電解液中含有的二氧化碳在所述陰極電極上還原的工序。
[0032] 根據(jù)上述第1方式，通過對(duì)所述陽極電極照射利用所述聚光裝置聚集了的光，能 夠促進(jìn)所述陰極電極上的二氧化碳還原反應(yīng)，即能夠增加二氧化碳的還原生成物的生成 量。
[0033] 本發(fā)明的第2方式涉及的還原二氧化碳的方法，在上述第1方式的工序（b)中，對(duì) 所述陽極電極照射的所述光，可以利用聚光裝置使波長(zhǎng)為360nm以下的光聚集，由此對(duì)所 述陽極電極照射波長(zhǎng)為360nm以下且光強(qiáng)度為5mW/cm2以上的光。
[0034] 根據(jù)上述第2方式，通過進(jìn)一步提高利用所述聚光裝置聚集了的光的強(qiáng)度，能夠 進(jìn)一步促進(jìn)所述陰極電極上的二氧化碳還原反應(yīng)，即能夠進(jìn)一步增加二氧化碳的還原生成 物的生成量。
[0035] 本發(fā)明的第3方式涉及的還原二氧化碳的方法，在上述第1方式中，所述聚光裝置 可以是聚光透鏡或聚光反射鏡。
[0036] 根據(jù)上述第3方式，對(duì)于一般的光源，能夠采用簡(jiǎn)便且高效的方法進(jìn)行聚光。
[0037] 本發(fā)明的第4方式涉及的還原二氧化碳的方法，在上述第1方式中，所述X的值可 以為大于〇且0.25以下的范圍。
[0038] 根據(jù)上述第4方式，對(duì)于一般的光源，能夠利用所述AlxGalxN層吸收的光的波長(zhǎng)范 圍擴(kuò)大，因此能夠高效地利用照射光。
[0039] 本發(fā)明的第5方式涉及的還原二氧化碳的方法，在上述第1方式中，所述Ga層可 以為η型或n+型。
[0040] 根據(jù)上述第5方式，通過光激發(fā)而生成的電子移動(dòng)的GaN層的電阻值減小，能夠提 高作為二氧化碳還原用光化學(xué)電極的性能。
[0041] 本發(fā)明的第6方式涉及的還原二氧化碳的方法，在上述第1方式中，所述AlxGa 1 XN 層的至少一部分的表面可以由含有鎳的金屬微?；蚝墟嚨慕饘傺趸镂⒘８采w。
[0042] 根據(jù)上述第6方式，通過含有鎳的金屬氧化物所具有的所謂助催化作用，能夠提 高光化學(xué)電極上的氧生成效率。
[0043] 本發(fā)明