(57)【要約】【課題】効率良く水素を生成する。【解決手段】水素生成装置１の光増感剤１１は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む。照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を照射し、ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、水供給部１２から供給された水から水素を生成する。供給量調節部１４は、水供給部１２からの水の供給量を調節する。水素生成装置１では、供給量調節部１４により光増感剤１１に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、照射部１３からのパルスレーザ光により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。これにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができるため、水素を効率良く生成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成装置であって、
イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む光増感剤と、
前記光増感剤に水を供給する水供給部と、
前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射し、前記ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、
前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部と、
を備え、
前記供給量調節部により前記光増感剤に対する水の供給量が調節されることにより、前記水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になることを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素生成装置であって、
前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトであることを特徴とする水素生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水素生成装置であって、
前記照射部からのパルス電磁波による前記ボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生することを特徴とする水素生成装置。
【請求項４】
水素生成装置であって、
光増感剤と、
前記光増感剤に水を供給する水供給部と、
前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、
を備え、
前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生することを特徴とする水素生成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水素生成装置であって、
前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備え、
前記光増感剤が粒状であり、前記水貯留部内の水中に分散していることを特徴とする水素生成装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置であって、
前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状であることを特徴とする水素生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置であって、
前記水供給部から前記光増感剤に供給される水が固体状であることを特徴とする水素生成装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の水素生成装置であって、
前記照射部が、パルス電磁波を２次元または３次元に走査するスキャナであることを特徴とする水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油由来の燃料に比べて環境に優しいクリーンなエネルギー源として、水素が注目されている。例えば、燃料電池自動車では、車載の水素タンクに貯留された水素と、空気中の酸素とが燃料電池に供給されることにより発電が行われ、動力源である電動モータが駆動される。
【０００３】
特許文献１では、アンモニアを使用しない水素の製造方法が提案されている。当該製造方法では、マイエナイトと水酸化カルシウムとを水に投入して水と反応させることにより、カトアイトと水素とが生成される。特許文献２では、上記製造方法にて水素と共に生成されたカトアイトを、３００℃〜５００℃で焼成することにより、マイエナイトと水酸化カルシウムとを再生する方法が提案されている。
【０００４】
一方、特許文献３では、照明光を集光光学系により集光して容器内の水に照射することにより、光触媒等を用いることなく水を分解して水素を生成する技術が提案されている。照明光源としては、太陽、ランプ光源またはパルスレーザ光源等が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０３５８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０３５８９号公報
【特許文献３】特開２００６−３０６６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献３の水素生成装置では、パルスレーザ光源を用いた場合であっても、光−水素エネルギー変換効率は１．４％程度であり、水素生成が高効率で行われているとは言い難い。また、特許文献１および特許文献２の水素製造方法では、水素生成の際にマイエナイトがカトアイトに分解されるため、カトアイトを焼成してマイエナイトを再生する工程が必要である。したがって、水素生成の効率向上に限界がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、効率良く水素を生成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、水素生成装置であって、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有するボイド構造体を含む光増感剤と、前記光増感剤に水を供給する水供給部と、前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射し、前記ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部と、前記水供給部からの水の供給量を調節する供給量調節部とを備え、前記供給量調節部により前記光増感剤に対する水の供給量が調節されることにより、前記水素の生成に利用された前記ラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、前記照射部からのパルス電磁波により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水素生成装置であって、前記ボイド構造体が、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の水素生成装置であって、前記照射部からのパルス電磁波による前記ボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、水素生成装置であって、光増感剤と、前記光増感剤に水を供給する水供給部と、前記光増感剤を含む所定空間または前記光増感剤上の所定領域にパルス電磁波を照射して前記光増感剤を活性化させることにより、前記水供給部から供給された水から水素を生成する照射部とを備え、前記照射部からのパルス電磁波による前記光増感剤の活性化において、電子雪崩が発生する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の水素生成装置であって、前記水供給部から供給された水を貯留する水貯留部をさらに備え、前記光増感剤が粒状であり、前記水貯留部内の水中に分散している。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記水供給部から前記光増感剤に供給される水がミスト状または気体状である。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記水供給部から前記光増感剤に供給される水が固体状である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の水素生成装置であって、前記照射部が、パルス電磁波を２次元または３次元に走査するスキャナである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、効率良く水素を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る水素生成装置の構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る水素生成装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る水素生成装置１の構成を示す図である。水素生成装置１は、水を分解して水素（Ｈ２）を生成する装置である。水素生成装置１は、光増感剤１１と、水供給部１２と、照射部１３と、供給量調節部１４と、光増感剤収容部１５とを備える。
【００１９】
光増感剤１１は、光増感剤収容部１５の内部空間に収容される。図１に示す例では、光増感剤１１は、略直方体状であり、光増感剤収容部１５の底面上に載置される。光増感剤１１は、好ましくは多孔質状の部材である。なお、光増感剤１１の構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
【００２０】
光増感剤１１は、ボイド構造体を含む。当該ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイド（ケージともいう。）を有する結晶構造体である。ボイド構造体では、複数のボイドは、例えば三次元的に連結される。光増感剤１１に含まれるボイド構造体は、例えばマイエナイトである。マイエナイトは、直径約０．４ｎｍ（ナノメートル）のボイドが三次元的に連結された結晶構造（すなわち、マイエナイト型結晶構造）を有する化合物であり、マイエナイト型化合物とも呼ばれる。当該マイエナイトは、例えば、カルシウム元素（Ｃａ）およびアルミニウム元素（Ａｌ）の少なくとも一方を含む複合酸化物である。具体的には、当該マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３とも表記される。）を主に含む化合物である。換言すれば、マイエナイトは、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を代表組成として有する。当該マイエナイトにおけるカルシウムとアルミニウムとのモル比は、好ましくは１３：１２〜１１：１６である。当該マイエナイトでは、カルシウム原子およびアルミニウム原子のうち、一部の原子が他の原子に置換されていてもよい。また、ボイド中のフリー酸素イオンの一部または全部が、他の陰イオンに置換されていてもよい。
【００２１】
水供給部１２は、光増感剤収容部１５内の光増感剤１１に水を供給する。水供給部１２から供給される水は、例えば、イオン交換水である。図１に示す例では、水供給部１２は、光増感剤収容部１５の上部に配置され、光増感剤１１の上面に対してミスト状の水を供給する。図１では、水供給部１２から噴射されるミスト状の水の輪郭を破線にて示す。供給量調節部１４は、水供給部１２から光増感剤収容部１５内の光増感剤１１に供給される水の供給量（すなわち、単位時間当たりに供給される水の量）を調節する。供給量調節部１４は、光増感剤１１の材質、大きさ、形状等の特性に基づいて、水供給部１２からの水の供給量を調節する。具体的には、供給量調節部１４は、水供給部１２から供給される水の量が、光増感剤１１の特性に対応して予め定められている供給量に等しくなるように、水供給部１２を制御する。
【００２２】
照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を実質的に面状に照射する。図１に示す例では、照射部１３は、光増感剤１１の上面にパルスレーザ光を照射する。照射部１３は、例えば、パルスレーザ光を光増感剤１１上にて２次元に走査するスキャナである。照射部１３としては、例えば、２軸式のガルバノスキャナが利用される。
【００２３】
図１に示す例では、照射部１３は、レーザ光源１３１と、反射部１３２と、反射制御部１３３とを備える。レーザ光源１３１は、反射部１３２に向けてパルスレーザ光を出射する。レーザ光源１３１としては、例えば、フェムト秒レーザ装置またはピコ秒レーザ装置が利用される。反射部１３２は、２つのミラー１３４と、２つのモータ１３５とを備える。レーザ光源１３１からのパルスレーザ光は、反射部１３２の２つのミラー１３４により反射されて光増感剤１１へと導かれる。２つのモータ１３５は、反射制御部１３３により制御され、２つのミラー１３４の角度を互いに独立して変更する。これにより、レーザ光源１３１からのパルスレーザ光が、光増感剤１１上にて２次元に走査される。水素生成装置１では、例えば、１秒間に光増感剤１１上の約２０００箇所の位置にパルスレーザ光が照射される。
【００２４】
光増感剤１１にパルスレーザ光が照射されることにより、光増感剤１１に含まれる上述のボイド構造体が活性化し（すなわち、ボイド構造体の電子が励起され）、ラジカル化ボイド構造体が生成される。このとき、パルスレーザ光により励起された電子は、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光によるボイド構造体の活性化において、電子雪崩（Ａｖａｌａｎｃｈｅ現象）が発生する。ラジカル化ボイド構造体は、水供給部１２から光増感剤１１に供給された水を分解して水素および酸素（Ｏ２）を生成する。
【００２５】
上述のように、当該ボイド構造体がマイエナイトである場合、パルスレーザ光による活性化によりラジカル化マイエナイトが生成される。当該活性化の際には上述の電子雪崩が発生し、マイエナイト１モル（ｍｏｌ）あたり、例えば１２個のラジカル（自由電子）が生成する。ラジカル化マイエナイトは、数１に示すように、光増感剤１１に供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素および酸素は、例えば、分離部１６により分離され、それぞれ水素貯留部１７１および酸素貯留部１７２へと送られて貯留される。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
水素生成装置１では、供給量調節部１４により光増感剤１１に対する水の供給量が調節される。また、光増感剤１１には、照射部１３からのパルスレーザ光の照射が継続されている。これにより、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトが、マイエナイトの前駆体であるカトアイト（Ｃａ３Ａｌ２（ＯＨ）１２）まで分解されることなくマイエナイトに戻り、数２に示すように、照射部１３からのパルスレーザ光により活性化して、再びラジカル化マイエナイトになる。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
換言すれば、水素生成装置１では、水素の生成に利用されて活性化状態ではなくなったマイエナイトは、カトアイトまで分解されるよりも前に、パルスレーザ光により再活性化されてラジカル化マイエナイトに戻る。これにより、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
【００３０】
水素生成装置１では、水素の生成に利用されたラジカル化マイエナイトの一部は、カトアイトまで分解されてもよい。この場合であっても、上記のように、マイエナイトを水素の生成に繰り返し利用することができる。
【００３１】
上述のように、光増感剤１１が多孔質状である場合、照射部１３からの光は、光増感剤１１の細孔内で乱反射することにより、光増感剤１１の細孔内の広範囲に亘って照射される。したがって、当該細孔を形成するマイエナイトもラジカル化するため、細孔内に供給された水も分解されて水素が生成される。
【００３２】
光増感剤１１に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト１モルにおいて１２個のラジカルが生成されている場合、当該１モルのラジカル化マイエナイトに対して６モル以下であることが好ましい。換言すれば、光増感剤１１に対する水の供給量は、水と接触しているラジカル化マイエナイト１モルにおいてＮ個（Ｎは、例えば、６以上かつ１２以下の整数）のラジカルが生成されている場合、当該１モルのラジカル化マイエナイトに対してＮ／２モル以下であることが好ましい。これにより、マイエナイトの分解を防止または抑制することができる。
【００３３】
光増感剤１１に含まれるボイド構造体は、マイエナイト以外のものであってもよい。例えば、ボイド構造体は、［ＨＮ（ＣＨ２ＣＨ２）３ＮＨ）Ｋ１．３５[Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２  ］・ｘＨ２Ｏ、または、（ＣＳ３［Ｖ５Ｏ９（ＰＯ４）２］・ｘＨ２Ｏを含むものであってもよい。
【００３４】
以上に説明したように、水素生成装置１は、光増感剤１１と、水供給部１２と、照射部１３と、供給量調節部１４とを備える。光増感剤１１は、ボイド構造体を含む。ボイド構造体は、イオン、原子、分子または電子を取り込み可能な複数のボイドを有する。水供給部１２は、光増感剤１１に水を供給する。照射部１３は、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を照射し、ボイド構造体を活性化させてラジカル化ボイド構造体を生成することにより、水供給部１２から供給された水から水素を生成する。供給量調節部１４は、水供給部１２からの水の供給量を調節する。水素生成装置１では、供給量調節部１４により光増感剤１１に対する水の供給量が調節されることにより、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体の少なくとも一部が、分解することなくボイド構造体に戻り、照射部１３からのパルスレーザ光により活性化して再びラジカル化ボイド構造体になる。
【００３５】
このように、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体が分解しない程度に水の供給量を調節することにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
【００３６】
また、水素生成装置１では、照射部１３からのパルスレーザ光によるボイド構造体の活性化において、電子雪崩が発生する。これにより、ボイド構造体において、多光子吸収および／または多電子励起を発生させることができ、光増感剤１１における量子収率を増大させることができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。水素生成装置１では、ボイド構造体の活性化において、必ずしも電子雪崩は発生する必要はない。
【００３７】
水素生成装置１では、水供給部１２から光増感剤１１に供給される水がミスト状である。これにより、光増感剤１１と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。
【００３８】
水素生成装置１では、水供給部１２から供給される水はミスト状には限定されず、例えば、液滴状または液柱状であってもよい。水供給部１２から供給される水は液体状にも限定されず、気体状（すなわち、水蒸気）または固体状（すなわち、氷）であってもよい。水供給部１２から供給される水が気体状である場合、当該水がミスト状である場合と略同様に、光増感剤１１と水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。水供給部１２から供給される水が固体状である場合、例えば、微細な粒状の氷が、水供給部１２から光増感剤１１に供給されてもよい。水供給部１２から光増感剤１１に供給される水が固体状であることにより、光増感剤１１を比較的低温に維持することができる。これにより、パルスレーザ光によるボイド構造体（上記例では、マイエナイト）の活性化を効率良く行うことができる。さらに、ボイド構造体の分解を抑制することもできる。
【００３９】
上述のように、光増感剤１１は多孔質状である。これにより、光増感剤１１の表面のみならず、光増感剤１１の内部においても、水と光増感剤１１とが接触し、当該水と接触する光増感剤１１にパルスレーザ光が照射される。その結果、光増感剤１１の内部においても水素の生成が行われるため、水素をさらに効率良く生成することができる。
【００４０】
水素生成装置１では、照射部１３が、パルスレーザ光を２次元に走査するスキャナである。これにより、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。光増感剤１１の表面上におけるパルスレーザ光の照射領域（図１に示す例では、平面視における照射領域）は、好ましくは、光増感剤１１の表面上における水の供給領域全体を含む。これにより、光増感剤１１に供給された水を、水素生成に効率良く利用することができる。
【００４１】
水素生成装置１では、照射部１３は、パルスレーザ光を光増感剤１１上にて３次元に走査するスキャナであってもよい。照射部１３としては、例えば、３Ｄガルバノスキャナが利用され、光増感剤１１上にパルスレーザ光が実質的に立体状に照射される。これにより、光増感剤１１上の所定領域にパルスレーザ光を容易に照射することができる。
【００４２】
上述のように、ボイド構造体は、Ｃａ１２Ａｌ１４Ｏ３３を含むマイエナイトである。マイエナイトは、例えば、カトアイトおよび酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の安価な材料を加熱することにより、比較的低コストにて生成することができる。具体的には、カトアイトと酸化アルミニウムとの混合材料を、例えばマイクロ波やヒータにて約１２５０℃に加熱することにより、マイエナイトが生成される。したがって、水素生成装置１の製造コストを低減することができる。また、水素の生成に伴ってマイエナイトの一部がカトアイトに分解する場合であっても、比較的低コストにて新たなマイエナイトを光増感剤収容部１５に供給することができる。したがって、水素生成装置１のランニングコストを低減することができる。
【００４３】
水素生成装置１では、照射部１３からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤１１上の所定領域に照射される必要はなく、光増感剤１１を含む所定空間に照射されてもよい。例えば、照射部１３からのパルスレーザ光は、光増感剤１１よりも大きく、かつ、光増感剤１１全体を含む領域に、実質的に面状または立体状に照射されてもよい。このように、パルスレーザ光が光増感剤１１を含む所定空間に照射される場合であっても、上記と同様に、水素の生成に利用されたラジカル化ボイド構造体が分解しない程度に水の供給量を調節することにより、ボイド構造体を水素の生成に繰り返し利用することができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
【００４４】
水素生成装置１にて生成された水素および酸素は、様々な目的に利用されてよい。例えば、水素貯留部１７１および酸素貯留部１７２に貯留されている水素および酸素は、燃料電池に供給され、燃料電池における発電に利用される。燃料電池において水素および酸素から生成された水は、水素生成装置１へと戻されて水供給部１２から光増感剤１１に供給される。これにより、数３に示すように、光増感剤１１および水を循環させて水素生成に再利用することができるため、水素をさらに効率良く生成することができる。
【００４５】
【数３】
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【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水素生成装置について説明する。図２は、第２の実施の形態にかかる水素生成装置１ａの構成を示す図である。水素生成装置１ａは、図１に示す水素生成装置１とは、形状が異なる光増感剤１１ａを備える点、および、供給量調節部１４が省略される点を除き、およそ同様の構造を備える。以下の説明では、水素生成装置１ａの構成のうち、図１に示す水素生成装置１の構成に対応する構成に同符号を付す。
【００４７】
図２に示す水素生成装置１ａでは、水供給部１２から供給された水が、光増感剤収容部１５の内部に貯留されている。すなわち、光増感剤収容部１５は、水供給部１２から供給された水を貯留する水貯留部である。また、粒状の光増感剤１１ａが、光増感剤収容部１５内の水中に分散されている。光増感剤１１ａは、比較的小さい複数の増感剤粒子１１１の集合である。増感剤粒子１１１は、例えば、略球状である。図２では、増感剤粒子１１１を実際よりも大きく描き、水中における増感剤粒子１１１の密度を実際よりも低く描いている。なお、増感剤粒子１１１の大きさおよび形状、並びに、光増感剤１１ａの構造、大きさおよび形状は、様々に変更されてよい。
【００４８】
光増感剤１１ａは、ボイド構造体には限定されず、様々な材料により形成されてよい。例えば、光増感剤１１ａは、酸化チタン（ＴｉＯ２）または酸化タングステン（ＷＯ３）等の一般的な光触媒材料により形成されてもよい。光増感剤１１ａは、例えば、金属、金属窒化物、金属リン化物、金属ヒ化物、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属フッ化物、金属塩化物、金属臭化物、金属ヨウ化物および有機金属化合物のうち、少なくとも１種類以上を含んでいてもよい。
【００４９】
水素生成装置１ａでは、照射部１３から光増感剤収容部１５内の水中に向けてパルスレーザ光が出射され、粒状の光増感剤１１ａを含む所定空間に、パルスレーザ光が実質的に面状または立体状に照射される。これにより、光増感剤１１ａが活性化し（すなわち、光増感剤１１ａの電子が励起され）、連鎖的に他の電子をポンプアップする。すなわち、パルスレーザ光による光増感剤１１ａの活性化において、電子雪崩が発生する。活性化された光増感剤１１ａは、水供給部１２から光増感剤１１ａに供給された水を分解して水素および酸素を生成する。生成された水素および酸素は、例えば、分離部１６により分離され、それぞれ水素貯留部１７１および酸素貯留部１７２へと送られて貯留される。水素の生成により光増感剤収容部１５内の水が減少すると、水供給部１２から光増感剤収容部１５内に水が供給される。
【００５０】
以上に説明したように、水素生成装置１ａは、光増感剤１１ａと、水供給部１２と、照射部１３とを備える。水供給部１２は、光増感剤１１ａに水を供給する。照射部１３は、光増感剤１１ａを含む所定空間にパルスレーザ光を照射して光増感剤１１ａを活性化させることにより、水供給部１２から供給された水から水素を生成する。水素生成装置１ａでは、照射部１３からのパルスレーザ光による光増感剤１１ａの活性化において、電子雪崩が発生する。これにより、光増感剤１１ａにおいて、多光子吸収および／または多電子励起を発生させることができ、光増感剤１１ａにおける量子収率を増大させることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
【００５１】
水素生成装置１ａは、水供給部１２から供給された水を貯留する水貯留部である光増感剤収容部１５をさらに備える。また、光増感剤１１ａは粒状であり、光増感剤収容部１５内の水中に分散している。これにより、光増感剤１１ａと水との接触面積を増大することができる。その結果、水素をさらに効率良く生成することができる。
【００５２】
上述のように、照射部１３は、パルスレーザ光を２次元または３次元に走査するスキャナである。これにより、光増感剤１１ａを含む所定空間にパルスレーザ光を容易に照射することができる。
【００５３】
水素生成装置１ａでは、照射部１３からのパルスレーザ光は、必ずしも光増感剤１１ａを含む所定空間に照射される必要はなく、光増感剤１１ａ上の所定領域に照射されてもよい。例えば、粒状の光増感剤１１ａに代えて、比較的大きい略直方体状の光増感剤１１ａが光増感剤収容部１５に貯留された水中に配置され、光増感剤１１ａの上面の所定領域にパルスレーザ光が実質的に面状または立体状に照射されてもよい。このように、パルスレーザ光が光増感剤１１ａ上の所定領域に照射される場合であっても、上記と同様に、パルスレーザ光による光増感剤１１ａの活性化において電子雪崩を発生させることにより、光増感剤１１ａにおける量子収率を増大させることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。
【００５４】
水素生成装置１ａでは、必ずしも、光増感剤１１ａは水中に配置される必要はなく、光増感剤収容部１５に水が貯留される必要もない。例えば、水が貯留されていない光増感剤収容部１５の底部に、粒状、略直方体状または他の形状の光増感剤１１ａが載置され、水供給部１２から光増感剤１１ａにミスト状の水が供給されてもよい。ミスト状の水が供給されることにより、光増感剤１１ａと水との接触面積を大きくすることができる。その結果、水素を効率良く生成することができる。あるいは、ミスト状の水に代えて、固体状の水（例えば、微細な粒状の氷）が光増感剤１１ａに供給されてもよい。これにより、光増感剤１１ａを低温に維持することができ、パルスレーザ光による光増感剤１１ａの活性化を効率良く行うことができる。
【００５５】
上述の水素生成装置１，１ａでは、様々な変更が可能である。
【００５６】
例えば、照射部１３は、ガルバノスキャナには限定されず、パルスレーザ光を光増感剤１１，１１ａ上にて２次元または３次元に走査する他のスキャナであってもよい。また、照射部１３の構造は、光増感剤１１，１１ａに対して実施的に面状または立体状にパルスレーザ光を照射することができるのであれば、様々に変更されてよい。
【００５７】
水供給部１２による光増感剤１１，１１ａへの水の供給方法は様々に変更されてよい。例えば、光増感剤１１，１１ａへのパルスレーザ光の照射よりも前に、多孔質状の光増感剤１１，１１ａに水供給部１２から水が予め供給され、内部に水を含んだ光増感剤１１，１１ａを冷却することにより、内部および表面上に固体状の水（すなわち、氷）を有する光増感剤１１，１１ａが準備される。そして、当該光増感剤１１，１１ａに照射部１３からパルスレーザ光が照射されることにより、水素が生成されてもよい。水素生成装置１，１ａでは、水供給部１２からの水は、光増感剤１１，１１ａの表面および内部の少なくとも一方に供給され、当該水の状態は、気体状、液体状（ミスト状を含む。）または固体状のいずれであってもよい。
【００５８】
水供給部１２から供給される水は、イオン交換水には限定されない。水供給部１２から光増感剤１１，１１ａに供給される水は、例えば、イオン交換水、蒸留水、精製水、水道水、工業用水、井戸水、河川水および海水のうち、少なくとも１種類以上を含んでいてもよい。また、水供給部１２から光増感剤１１，１１ａへは、上述のように水単体が供給されてもよく、水を含む原材料が供給されてもよい。当該原材料は、気体状、液体状または固体状のいずれであってもよい。
【００５９】
水素生成装置１，１ａにおいて照射部１３から光増感剤１１，１１ａに照射されるものは、パルス電磁波であればよく、パルスレーザ光には限定されない。照射部１３から照射されるパルス電磁波の波長は、例えば、１９０ｎｍ以上かつ３０００ｎｍ以下である。水素生成装置１，１ａでは、照射部１３から光増感剤１１，１１ａにパルス電磁波を照射することにより、上述と同様に、水素を効率良く生成することができる。
【００６０】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１ａ    水素生成装置
１１，１１ａ    光増感剤
１２    水供給部
１３    照射部
１４    供給量調節部
１５    光増感剤収容部
【図１】
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【図２】
2018095530.tif 000007