(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する酸素生成光励起材料から構成され、板状である複数の第１の板状体と、
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する水素生成光励起材料から構成され、板状である複数の第２の板状体と、
複数の導電体と、
を有し、
複数の前記第１の板状体の各々と複数の前記第２の板状体の各々とが、複数の前記導電体の何れかを介して相互に電気的に接続されており、
複数の前記第１の板状体及び複数の前記第２の板状体の少なくとも一方が、第２の導電体により相互に電気的に接続されている
ことを特徴とする光化学電極。
【請求項２】
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する酸素生成光励起材料から構成され、板状である第１の板状体と、
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する水素生成光励起材料から構成され、板状である第２の板状体と、
前記第１の板状体と前記第２の板状体とを電気的に接続する導電体と、
を有し、
前記第１の板状体と前記第２の板状体とが、同一面上に配されていることを特徴とする光化学電極。
【請求項３】
複数の前記第１の板状体の各々と複数の前記第２の板状体の各々とが、板状である複数の前記導電体の何れかを介在して積層され、かつ相互に電気的に接続されている請求項１に記載の光化学電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工光合成に使用可能な光化学電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が認知されて以来、産業活動に伴って大気中に排出される二酸化炭素を如何に削減するかが重要な課題となっている。
【０００３】
大気中の二酸化炭素を減少させる方法として、人工光合成の技術が、近年、注目を集めている。人工光合成の技術では、太陽光のエネルギーによって水の酸化を行いつつ、水の酸化によって得られた電子とプロトンとを利用して二酸化炭素を還元する。二酸化炭素の還元により有機化合物が得られる。例えば、電解液の入った槽中で、アノードに置いた光励起材料に太陽光を照射することで水の酸化を行い、電子とプロトンとを発生させる。そして、発生した電子とプロトンとをカソードに置いた還元触媒に送り、二酸化炭素と反応させることで、ギ酸などの有機化合物を生成する。
【０００４】
人工光合成のアノードにおいては、通常、一段階励起型又は二段階励起型で水の酸化が行われる。
二段階励起型の反応の一例は、図１に示すように行われる。図１に示すように、二段階励起型材料を用いた水の酸化分解は、電子供与体及び電子受容体として働く再生可能な電子伝達剤の存在下で、酸素生成材料及び水素生成材料を光励起させることにより行われる。用いる酸素生成材料及び水素生成材料は、一段階励起型のように、バンド構造にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位とＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位とを挟む必要が無く、どちらか一方の反応に十分なポテンシャルを有していればよい。そのため、二段階励起型の反応に用いる酸素生成材料及び水素生成材料には、バンドギャップを狭くし、太陽光エネルギーを有効利用できる可能性がある。その際、水素生成材料のバンドギャップの価電子帯上端が酸素生成材料のバンドギャップの伝導帯下端より貴である必要がある。
【０００５】
しかし、二段階励起型の反応に用いる酸素生成材料及び水素生成材料の間の抵抗は一般的に高いため、酸素生成材料で生成した電子を水素生成材料に到達する効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、液固相法を用いて、酸素生成材料粒子と水素生成材料粒子とを隣接させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この提案の技術では、酸素生成材料粒子と水素生成材料粒子とを隣接させた所定の構造を得るための制御が難しく、かつ製造が容易ではないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１８０２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、酸素生成材料と水素生成材料との間の抵抗が低く、更に製造が容易な光化学電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの態様では、光化学電極は、
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する酸素生成光励起材料から構成され、板状である第１の板状体と、
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する水素生成光励起材料から構成され、板状である第２の板状体と、
前記第１の板状体と前記第２の板状体とを電気的に接続する導電体と、
を有する。
【発明の効果】
【００１０】
一つの側面では、酸素生成材料と水素生成材料との間の抵抗が低く、更に製造が容易な光化学電極を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、二段階励起型の反応の説明図である。
【図２】図２は、一般的な光励起材料のバンド構造を示す図である。
【図３】図３は、開示の光化学電極の一例の上面模式図である。
【図４】図４は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
【図５】図５は、図４のＡ−Ａ断面の一例の模式図である。
【図６】図６は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
【図７】図７は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
【図８】図８は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
【図９】図９は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
【図１０】図１０は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
【図１１】図１１は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
【図１２】図１２は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
【図１３】図１３は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
【図１４】図１４は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
【図１５】図１５は、実施例１の光化学電極の上面模式図である。
【図１６】図１６は、実施例１の光化学電極１−Ａにおける図１５のＡ−Ａ断面の模式図である。
【図１７】図１７は、実施例１の光化学電極１−Ｂにおける図１５のＡ−Ａ断面の模式図である。
【図１８】図１８は、実施例２の光化学電極の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（光化学電極）
開示の光化学電極は、第１の板状体と、第２の板状体と、導電体とを有し、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【００１３】
＜第１の板状体＞
前記第１の板状体は、酸素生成光励起材料の板状体である。
【００１４】
前記第１の板状体の面の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、多角形、円形、楕円形などが挙げられる。前記多角形としては、例えば、四角形などが挙げられる。前記四角形としては、例えば、長方形などが挙げられる。
前記第１の板状体の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第１の板状体の面部分の面積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１ｍｍ２〜１００ｍｍ２などが挙げられる。
前記第１の板状体の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍなどが挙げられる。
【００１５】
前記第１の板状体は、前記第１の板状体の面部分に溝を有することが好ましい。そうすることにより、表面積が増加し、水の酸素への酸化の効率が向上する。
前記溝の形状、大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００１６】
前記光化学電極が有する前記第１の板状体は、一つであってもよいし、複数であってもよい。
【００１７】
＜＜酸素生成光励起材料＞＞
前記酸素生成光励起材料においては、価電子帯の上端（ＶＢＭ；Ｖａｌｅｎｃｅ  Ｂａｎｄ  Ｍａｘｉｍｕｍ）と伝導帯の下端（ＣＢＭ；Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｎｉｍｕｍ）との間にＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位がある。
前記酸素生成光励起材料は、特定の範囲の波長の光を吸収して電子が励起する材料である。
【００１８】
一般的に知られている光励起材料は、図２に示すようなバンド構造を有する。
ここで、−５．７３ｅＶ（ｖｓ  ＶＡＣ）は、真空準位におけるＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位を表す。
−４．５ｅＶ（ｖｓ  ＶＡＣ）は、真空準位におけるＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位を表す。
【００１９】
前記酸素生成光励起材料としては、例えば、ＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＢｉＶＯ４、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
【００２０】
前記酸素生成光励起材料のバンドギャップとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、可視光で光励起反応が行われる点から、１．８ｅＶ〜３．０ｅＶが好ましく、１．８ｅＶ〜２．５ｅＶがより好ましい。
【００２１】
バンドギャップは、例えば、分光光度計（Ｖ−６５０、日本分光株式会社製）を用いて計算できる。
はじめに、各波長λに対して反射率Ｒ（％）を測定し、拡散反射スペクトルを得る。測定時のスキャン速度は２００ｎｍ／分とする。
次に、反射率測定から取得した拡散反射スペクトルに対してＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋの式を用いて、クベルカムンク関数Ｆ（Ｒ）を算出する。反射率Ｒ（％）と、クベルカムンク関数Ｆ（Ｒ）との関係式は、次の式で表される。
Ｆ（Ｒ）＝（１−Ｒ）２／（２Ｒ）
バンドギャップを求める際、ＴａｕｃやＤａｖｉｓ，Ｍｏｔｔらが提案した関係式があり、以下に示す。
（ｈνα）（１／ｎ）＝Ａ（ｈν−Ｅｇ）      ・・・式（１）
ｈ：プランク定数
ν：振動数
α：吸光係数
Ｅｇ：バンドギャップ
Ａ：比例定数
ｎ：試料の遷移の種類により決定する値
直接許容遷移  ｎ＝１／２
間接許容遷移  ｎ＝２
吸光係数αをＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｃ関数Ｆ（Ｒ）に置き換えると、上記式（１）は下記の通りとなる。
（ｈνＦ（Ｒ））（１／ｎ）＝Ａ（ｈν−Ｅｇ）
なお、ｈν（ｅＶ）と波長λ（ｎｍ）との間には、ｈν＝１２３９．７／λの関係がある。
以上の結果から、横軸をｈνとし、縦軸を（ｈνＦ（Ｒ））２（直接許容遷移）又は（ｈνＦ（Ｒ））（１／２）（間接許容遷移）とするグラフを作成し、そのグラフにおける変曲点に接線を引いた場合に、横軸と接線との交点が、バンドギャップとなる。
【００２２】
前記第１の板状体の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、物理蒸着法、化学蒸着法などが挙げられる。前記物理蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。
【００２３】
＜第２の板状体＞
前記第２の板状体は、水素生成光励起材料の板状体である。
【００２４】
前記第２の板状体の面の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、多角形、円形、楕円形などが挙げられる。前記多角形としては、例えば、四角形などが挙げられる。前記四角形としては、例えば、長方形などが挙げられる。
前記第２の板状体の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第２の板状体の面部分の面積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１ｍｍ２〜１００ｍｍ２などが挙げられる。
前記第２の板状体の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、０．０１ｍｍ〜１．０ｍｍなどが挙げられる。
【００２５】
前記第２の板状体は、前記第２の板状体の面部分に溝を有することが好ましい。そうすることにより、表面積が増加し、プロトン（Ｈ＋）の水素への還元の効率が向上する。
前記溝の形状、大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
前記光化学電極が有する前記第２の板状体は、一つであってもよいし、複数であってもよい。
【００２７】
＜＜水素生成光励起材料＞＞
前記水素生成光励起材料においては、価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位がある。
前記水素生成光励起材料は、特定の範囲の波長の光を吸収して電子が励起する材料である。
なお、二段階励起を達成するために、前記水素生成光励起材料の価電子帯の上端は、前記酸素生成光励起材料の伝導帯の下端より貴である必要がある。
【００２８】
前記水素生成光励起材料としては、例えば、ＧａＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｕＡｌＯ２などが挙げられる。
【００２９】
前記水素生成光励起材料のバンドギャップとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、可視光で光励起反応が行われる点から、１．８ｅＶ〜３．０ｅＶが好ましく、１．８ｅＶ〜２．５ｅＶがより好ましい。
【００３０】
前記第２の板状体の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、物理蒸着法、化学蒸着法などが挙げられる。前記物理蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。
【００３１】
＜導電体＞
前記導電体は、前記第１の板状体と前記第２の板状体とを電気的に接続する。
【００３２】
前記導電体の材質としては、導電性を有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、もしくはアルミニウム（Ａｌ）、またはこれらから選択された２以上の金属種からなる合金などが挙げられる。更には、カーボンナノチューブ、グラフェン等のナノカーボン系材料であってもよい。
【００３３】
前記導電体の材質としては、透明導電材料であることが好ましい。前記透明導電材料としては、例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛−酸化スズ系、酸化インジウム−酸化スズ系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などの金属酸化物等が挙げられる。これらの中でも、導電性及び透光性が特に高い点で、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）が好ましい。
【００３４】
前記導電体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、板状体、糸状体などが挙げられる。
前記導電体の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３５】
ここで、図を用いて、開示の光化学電極の一例を説明する。
図３は、開示の光化学電極の一例の上面模式図である。
図３の光化学電極は、複数の第１の板状体１と、複数の第２の板状体２と、複数の導電体３とを有する。一つの第１の板状体１と、一つの第２の板状体２とは、一つの導電体３により電気的に接続されている。図３の光化学電極において、更に、複数の第１の板状体１同士は、第２の導電体４Ａにより電気的に接続されている。更に、複数の第２の板状体２同士は、第３の導電体４Ｂにより電気的に接続されている。
第１の板状体１は、酸素生成光励起材料から構成される。
第２の板状体２は、水素生成光励起材料から構成される。
【００３６】
図３の光化学電極に光が照射されると、第１の板状体１の酸素生成光励起材料では、電子（ｅ−）と、正孔（ｈ＋）とが生成する。正孔により、周囲の水が酸化され、酸素を生成する。その際、電子が生成する。水の酸化は以下の式（１）で表される。
Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｈ＋  →  ２Ｈ＋  ＋  １／２Ｏ２    ・・・式（１）
生成した電子は、導電体３を介して、第２の板状体２に供給される。
第２の板状体２の水素生成光励起材料では、光が照射されたことにより、電子（ｅ−）と、正孔（ｈ＋）とを生成する。生成した電子は、プロトン（Ｈ＋）をＨ２に還元する。プロトンの還元は以下の式（２）で表される。一方、正孔は、導電体３を介して第２の板状体２に供給された電子と一緒になって消滅する（再結合）。
Ｈ＋  ＋  ｅ−  →  １／２Ｈ２    ・・・式（２）
式（１）と式（２）とをまとめると、以下の式（３）のようになり、光化学電極全体では、式（３）の現象が観察される。すなわち、水が分解し、水素と酸素とを生じる。
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２  ＋  １／２Ｏ２    ・・・式（３）
【００３７】
ここで、通常は、酸素生成光励起材料と、水素生成光励起材料との間の抵抗は高い。しかし、開示の光化学電極では、酸素生成光励起材料と、水素生成光励起材料とを導電体を介して接続していることにより、酸素生成光励起材料と、水素生成光励起材料との間の抵抗を低くできる。また、酸素生成光励起材料と、水素生成光励起材料とは、それぞれ板状体により構成されている。板状体は、物理蒸着法、化学蒸着法などの方法で簡単に作製できる上に、導電体との接続も容易である。そのため、開示の光化学電極は、かかる構造を容易に造ることができ、その構造を得るための制御も簡単である。
【００３８】
なお、第２の導電体４Ａ、及び第３の導電体４Ｂがあることにより、各部分で発生した光電流を一か所に集めることが可能となる。
【００３９】
図４は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
図４の光化学電極では、基板５の一の面上に図３に示す構造が配されている。
図４の光化学電極では、基板５上に、第１の板状体１、第２の板状体２、導電体３、第２の導電体４Ａ、及び第３の導電体４Ｂをそれぞれ独立に、物理蒸着法と、フォトリソグラフィー法とを組み合わせて、簡単に作製することができる。なお、導電体３、第２の導電体４Ａ、及び第３の導電体４Ｂは、同じ材質の場合には、同時に作製することもできる。
【００４０】
図５は、図４のＡ−Ａ断面の一例の模式図である。
図５の模式図では、基板５上に、第１の板状体１が基板５に接して配されている。この一例では、不図示であるが、導電体３、及び第２の板状体２も、基板５に接して配されている。
【００４１】
図６は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
図６の模式図では、基板５上に、第１の板状体１が、導電体３を介して配されている。この一例では、不図示であるが、第２の板状体２も、導電体３を介して、基板５上に配されている。
【００４２】
図７は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
図７の模式図では、基板５上に、第４の導電体６が形成されており、第４の導電体６上に、第１の板状体５が、第４の導電体６に接して配されている。この一例では、不図示であるが、導電体３、及び第２の板状体２も、第４の導電体６に接して配されている。
【００４３】
図８は、図４のＡ−Ａ断面の他の一例の模式図である。
図８の模式図では、基板５上に、第１の板状体１が基板５に接して配されている。この一例では、不図示であるが、導電体３、及び第２の板状体２も、基板５に接して配されている。また、第１の板状体１の面には溝が形成されている。この一例では、不図示であるが、第２の板状体２の面にも溝が形成されている。第１の板状体１の面に溝が形成されていることにより、表面積が大きくなり、水の酸素への酸化の効率が向上する。第２の板状体２の面に溝が形成されていることにより、表面積が大きくなり、プロトンの水素への還元の効率が向上する。
【００４４】
図９は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
図９の光化学電極では、第１の板状体１を構成する酸素生成光励起材料の光電流密度が、第２の板状体２を構成する水素生成光励起材料の光電流密度よりも小さい。
ここで、開示の光化学電極では、第１の板状体１における光電効果と、第２の板状体２における光電効果とのうち、光電流が少ないほうが、前記式（３）の反応を律速する。
そこで、図９の光化学電極では、第１の板状体１の面の面積を、第２の板状体２の面の面積よりも大きくしている。そうすることにより、前記式（３）の反応（すなわち水の分解、並びに酸素、及び水素の生成）を効率的に行うことができる。
【００４５】
図１０は、開示の光化学電極の他の一例の上面模式図である。
図１０の光化学電極では、第２の板状体２を構成する水素生成光励起材料の光電流密度が、第１の板状体１を構成する酸素生成光励起材料の光電流密度よりも小さい。
そこで、図１０の光化学電極では、第２の板状体２の面の面積を、第１の板状体１の面の面積よりも大きくしている。そうすることにより、前記式（３）の反応（すなわち水の分解、並びに酸素、及び水素の生成）を効率的に行うことができる。
【００４６】
図１１は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
図１１の光化学電極では、基板５上に、第１の板状体１と、板状の導電体３と、第２の板状体２とが、この順で積層されている。第１の板状体１と、第２の板状体２とは、導電体３を介して電気的に接続されている。
【００４７】
図１２は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
図１２の光化学電極では、基板５上に、第４の導電体６が形成されており、第４の導電体６上に、第１の板状体１と、板状の導電体３と、第２の板状体２とが、この順で積層されている。複数の第２の板状体２は、第５の導電体４Ｃにより電気的に接続されている。
【００４８】
図１１及び図１２の光化学電極では、基板５は例えばガラス基板であり、図１２の光化学電極では、第４の導電体６及び第５の導電体４Ｃは透明導電体である。そして、光は、上方、及び下方の両方から照射される。そうすることにより、第１の板状体１、及び第２の板状体２の両方に光が照射される。
【００４９】
図１３は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
図１３の光化学電極では、基板５上に、第１の板状体１と、板状の導電体３と、第２の板状体２とが、この順で積層されている。
図１３の光化学電極では、第１の板状体１を構成する酸素生成光励起材料の光電流密度が、第２の板状体２を構成する水素生成光励起材料の光電流密度よりも小さい。
そこで、図１３の光化学電極では、第１の板状体１の面の面積を、第２の板状体２の面の面積よりも大きくしている。そうすることにより、前記式（３）の反応（すなわち水の分解、並びに酸素、及び水素の生成）を効率的に行うことができる。
【００５０】
図１４は、開示の光化学電極の他の一例の断面模式図である。
図１４の光化学電極では、基板５上に、第２の板状体２と、板状の導電体３と、第１の板状体１とが、この順で積層されている。
図１４の光化学電極では、第２の板状体２を構成する水素生成光励起材料の光電流密度が、第１の板状体１を構成する酸素生成光励起材料の光電流密度よりも小さい。
そこで、図１４の光化学電極では、第２の板状体２の面の面積を、第１の板状体１の面の面積よりも大きくしている。そうすることにより、前記式（３）の反応（すなわち水の分解、並びに酸素、及び水素の生成）を効率的に行うことができる。
【００５１】
＜用途例＞
前記光化学電極は、人工光合成を行う二酸化炭素還元装置のアノードに使用するアノード電極として有用である。
前記二酸化炭素還元装置は、アノード電極である前記光化学電極と、プロトン透過膜と、カソード電極とをこの順で有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
＜光化学電極の作製＞
以下の材料を用いて、図１５に示す光化学電極を作製した。
・基板：第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５
・酸素生成光励起材料：ＷＯ３
・水素生成光励起材料：ＧａＰ
・導電体３：金
・第２の導電体４Ａ：金
・第３の導電体４Ｂ：金
【００５４】
まず、第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５のＦＴＯ膜上に、ＷＯ３をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、幅２ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの第１の板状体１を、図１５に示すような配置で３つ作製した。
続いて、第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５のＦＴＯ膜上に、ＧａＰをスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、幅２ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの第２の板状体２を、図１５に示すような配置で３つ作製した。第１の板状体１と、第２の板状体との間隔は４ｍｍとした。
続いて、第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５のＦＴＯ膜上に、金を真空蒸着法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、幅１ｍｍ、長さ４ｍｍ、厚み０．００４ｍｍの３つの導電体３と、幅１ｍｍ、厚み０．００４ｍｍの第２の導電体４Ａと、幅１ｍｍ、厚み０．００４ｍｍの第３の導電体４Ｂとを、図１５に示すような配置で３つ作製し、光化学電極１−Ａを得た。光化学電極１−Ａの断面模式図を図１６に示す。
【００５５】
＜溝の形成＞
続いて、光化学電極１−Ａの第１の板状体１、及び第２の板状体２の表面の長さ方向に、図１７に示すような、幅０．６ｍｍの溝を形成し、光化学電極１−Ｂを得た。
溝の形成方法は以下のとおりである。
溝を形成する箇所以外の箇所にマスク材料を配した後に、フッ化水素酸を用いたエッチングを行った。
【００５６】
＜ガス発生の確認＞
作製した光化学電極１−Ａ及び１−Ｂをそれぞれ、２０〜２５℃、３０〜７０％ＲＨの密閉環境下に置いた。そして、光化学電極の上面から、疑似太陽光ＡＭ−１．５（朝日分光製、ソーラーシミュレータ、ＨＡＬ−３２０）を１００ｍＷ／ｃｍ２で照射して、Ｈ２、Ｏ２の発生量を調べた。Ｈ２、Ｏ２の発生は、ガスクロマトグラフィ（島津製作所製、Ｔｒａｃｅｒａ）を用いて確認した。
【００５７】
その結果、以下のとおり、ガスの発生を確認した。
・光化学電極１−Ａ：
Ｈ２：３．２μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
Ｏ２：１．５μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
・光化学電極１−Ｂ：
Ｈ２：３．６μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
Ｏ２：１．８μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
【００５８】
光化学電極１−Ａ、及び１−Ｂともに、ガスの発生が確認でき、第１の板状体である酸素生成光励起材料と、第２の板状体である水素生成光励起材料とが、低抵抗で接続されていることが確認できた。
また、第１の板状体、及び第２の板状体に溝を形成したほうが、水の分解、酸素及び水素の生成の効率が向上した。
【００５９】
＜電流測定＞
作製した光化学電極１−Ａ及び１−Ｂそれぞれについて、光照射によって発生する電流を測定した。
作製した光化学電極１−Ａ及び１−Ｂをそれぞれ、１ＭのＫＮＯ３水溶液に浸漬させた。そして、光化学電極の上面から、疑似太陽光ＡＭ−１．５（朝日分光製、ソーラーシミュレータ、ＨＡＬ−３２０）を１００ｍＷ／ｃｍ２で照射して、発生する電流を測定した。
電流の測定は、ポテンショスタット（東陽テクニカ製、ＳＩ１２８０Ｂ）を用い、参照電極、作用電極、対極を設置して電流値を評価した。
【００６０】
その結果、以下のとおり、電流の発生を確認した。
・光化学電極１−Ａ（１．２３Ｖ）：０．９×１０−６Ａ
・光化学電極１−Ｂ（１．２３Ｖ）：２．６×１０−６Ａ
【００６１】
（実施例２）
＜光化学電極の作製＞
以下の材料を用いて、図１８に示す光化学電極を作製した。
・基板：第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５
・酸素生成光励起材料：ＷＯ３
・水素生成光励起材料：ＧａＰ
・導電体３：金
・第５の導電体４Ｃ：透明導電材料
【００６２】
まず、第４の導電体６としてのＦＴＯ膜が形成されたガラス製の基板５のＦＴＯ膜上に、ＷＯ３をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み０．００５ｍｍの第１の板状体１を、図１８に示すような配置で４つ作製した。
続いて、金を真空蒸着法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、４ｍｍ×４ｍｍ、厚み０．００４ｍｍの導電体３を、４つの第１の板状体１上にそれぞれ作製した。
続いて、ＧａＰをスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることで、４ｍｍ×４ｍｍ、厚み０．００５ｍｍの第２の板状体２を、４つの導電体３上にそれぞれ作製した。
続いて、隙間に透明樹脂を埋めて、２つの第２の板状体２間をまたぐように、透明導電材料をスパッタリング法により４μｍにより形成し、第５の導電体４Ｃを作製した。
以上により、光化学電極を得た。
【００６３】
＜ガスの発生の確認＞
作製した光化学電極を、２０〜２５℃、３０〜７０％ＲＨの密閉環境下に置いた。そして、光化学電極の上面及び下面から、疑似太陽光ＡＭ−１．５（朝日分光製、ソーラーシミュレータ、ＨＡＬ−３２０）を１００ｍＷ／ｃｍ２で照射して、Ｈ２、Ｏ２の発生量を調べた。Ｈ２、Ｏ２の発生は、ガスクロマトグラフィ（島津製作所製、Ｔｒａｃｅｒａ）を用いて確認した。
その結果、以下のとおり、ガスの発生を確認した。
・Ｈ２：１．８μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
・Ｏ２：０．８μｍｏｌ／ｍ２／ｈ
【００６４】
＜電流測定＞
作製した光化学電極について、光照射によって発生する電流を測定した。
作製した光化学電極をそれぞれ、１ＭのＫＮＯ３水溶液に浸漬させた。そして、光化学電極の上面及び下面から、疑似太陽光ＡＭ−１．５（朝日分光製、ソーラーシミュレータ、ＨＡＬ−３２０）を１００ｍＷ／ｃｍ２で照射して、発生する電流を測定した。
電流の測定は、ポテンショスタット（東陽テクニカ製、ＳＩ１２８０Ｂ）を用い、参照電極、作用電極、対極を設置して電流値を評価した。
その結果、２．２×１０−６Ａ（１．２３Ｖ）の電流の発生を確認した。
【００６５】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する酸素生成光励起材料から構成され、板状である第１の板状体と、
価電子帯の上端と伝導帯の下端との間にＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位があり、かつ光を吸収して励起する水素生成光励起材料から構成され、板状である第２の板状体と、
前記第１の板状体と前記第２の板状体とを電気的に接続する導電体と、
を有することを特徴とする光化学電極。
（付記２）
前記第１の板状体と前記第２の板状体とが、同一面上に配されている付記１に記載の光化学電極。
（付記３）
前記第１の板状体が溝を有し、前記第２の板状体が溝を有する付記２に記載の光化学電極。
（付記４）
前記第１の板状体と前記第２の板状体とが、板状である前記導電体を介在して積層されている付記１に記載の光化学電極。
（付記５）
前記第１の板状体を構成する前記酸素生成光励起材料の光電流密度が、前記第２の板状体を構成する前記水素生成光励起材料の光電流密度よりも小さく、
前記第１の板状体の面の面積が、前記第２の板状体の面の面積よりも大きい、
付記１から４のいずれかに記載の光化学電極。
（付記６）
前記第２の板状体を構成する前記水素生成光励起材料の光電流密度が、前記第１の板状体を構成する前記酸素生成光励起材料の光電流密度よりも小さく、
前記第２の板状体の面の面積が、前記第１の板状体の面の面積よりも大きい、
付記１から４のいずれかに記載の光化学電極。
【符号の説明】
【００６６】
１    第１の板状体
２    第２の板状体
３    導電体
４Ａ  第２の導電体
４Ｂ  第３の導電体
４Ｃ  第５の導電体
５    基板
６    第４の導電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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