(57)【要約】【課題】光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応に有効に利用することができる光電極を提供する。【解決手段】光電極１００は、基板である第１導電体１０１と、第１導電体１０１上に配置されており、３次元的に連続した骨格１０２ａと、骨格１０２ａによって形成された細孔１０２ｂとを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体１０２と、第２導電体１０２の細孔の内部に配置された可視光光触媒１０３と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板である第１導電体と、
前記第１導電体上に配置されており、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体と、
前記第２導電体の前記細孔の内部に配置された可視光光触媒と、
を含む、光電極。
【請求項２】
前記可視光光触媒が、ニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物の少なくともいずれか１種を含む、
請求項１に記載の光電極。
【請求項３】
前記第１導電体の抵抗率は、前記第２導電体の抵抗率よりも小さい、
請求項１又は２に記載の光電極。
【請求項４】
前記第１導電体は、金属で形成されており、
前記第２導電体は、透明導電性酸化物で形成されている、
請求項３に記載の光電極。
【請求項５】
前記第１導電体は、第１透明導電性酸化物で形成されており、
前記第２導電体は、第２透明導電性酸化物で形成されており、
前記第１透明導電性酸化物の抵抗率は、前記第２透明導電性酸化物の抵抗率よりも小さい、
請求項３に記載の光電極。
【請求項６】
前記第２導電体が、アンチモンドープ酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ及びガリウムドープ酸化亜鉛からなる群から選択される少なくともいずれか１種で形成されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電極。
【請求項７】
前記多孔質構造が、共連続構造、又は、前記骨格が微粒子の凝集によって形成された粒子状多孔質構造である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電極。
【請求項８】
前記第２導電体において、前記第２導電体の中心面に対して前記第１導電体側の領域の空隙率が、前記中心面に対して前記第１導電体と反対側の領域の空隙率よりも低く、
前記中心面とは前記第２導電体の厚さの中心面であり、
前記第２導電体の厚さは、前記第１導電体の前記第２導電体が配置されている面を基準面とし、前記第２導電体の前記骨格のうち前記基準面から最も遠い位置を通り、かつ前記基準面と平行な面を厚さ決定面としたときの、前記基準面から前記厚さ決定面までの距離で決定され、
前記第２導電体の厚さの中心面は、前記基準面と前記厚さ決定面との中心面である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電極。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電極を製造する方法であって、
基板である第１導電体上に、３次元的に連続した骨格と前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体を形成し、
前記第２導電体の前記細孔の内部に配置された可視光光触媒を形成する、
光電極の製造方法。
【請求項１０】
前記可視光光触媒が、窒化物及び酸窒化物から選ばれる少なくともいずれか１種であり、
前記可視光光触媒の前駆体である酸化物又は有機化合物を窒素化合物ガスを用いて窒化処理することにより、前記可視光光触媒を形成する、
請求項９に記載の光電極の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電極と、
前記光電極と電気的に接続された対極と、
前記光電極及び前記対極を収容する容器と、
を備えた光電気化学セル。
【請求項１２】
前記容器内に収容され、かつ前記光電極及び前記対極の表面と接触する、水を含む電解液をさらに備えた、
請求項１１に記載の光電気化学セル。
【請求項１３】
前記光電極の第１導電体が金属で形成されており、
前記光電極は、前記第１導電体と反対側の面から光が入射可能である向きに配置されている、
請求項１１又は１２に記載の光電気化学セル。
【請求項１４】
前記光電極の第１導電体が透明導電性材料で形成されており、
前記光電極は、前記第１導電体側の面から光が入射可能である向きに配置されている、請求項１１又は１２に記載の光電気化学セル。
【請求項１５】
水素を生成する方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ）  以下を具備する光電気化学セルを用意する工程、
請求項１に記載の光電極、
前記光電極と電気的に接続された対極、
前記光電極および前記対極に接する液体、
前記光電極、前記対極、および前記液体を収容する容器、ここで、
前記液体は、水または電解質水溶液であり、
（ｂ）  前記光電極に光を照射させ、前記対極の表面上で水素を発生させる工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光電極及びその製造方法と、光電気化学セルとに関する。
【背景技術】
【０００２】
深刻化する環境問題及びエネルギー問題を解決し、持続可能な社会を成立させるため、再生可能エネルギーの本格的な実用化が求められている。現在、太陽電池で得られた電力を蓄電池で貯蔵するシステムの普及が広がりつつある。しかし、蓄電池は重く、移動には適さない。そこで、将来的には、エネルギー媒体として水素の利用が期待されている。
【０００３】
水素の性質は以下のとおりである。
・貯蔵及び移動が容易である。
・燃やしても最終生成物は無害で安全な水となり、クリーンである。
・燃料電池を利用することで電気や熱に変換できる。
・水分解によって無尽蔵に得られる。
【０００４】
太陽光で水を分解して水素を生成する半導体光電極は、太陽光エネルギーを利用しやすいエネルギー媒体である水素に変換できる技術として注目されており、反応の高効率化を目指した研究開発が進められている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、表面に凹凸を構成した金属基板と、金属基板表面に形成された光触媒作用を有する材料からなる半導体層とを備えた半導体光電極が開示されている。この構造によると、表面の凹凸構造による光散乱で光の吸収効率を高めるとともに、その半導体層の厚さを１μｍ以下に設定することで電荷の再結合を低減させ、エネルギー変換効率を高めた半導体光電極を作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９７３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の半導体光電極は、電極に入射した光を、水分解反応等の目的とする反応に有効に利用できないという課題を有している。なぜなら、電極に入射した光の一部は、半導体層に進入した後に金属基板に到達し、金属基板によって吸収されてしまうためである。また、半導体層での光吸収量を増加するために半導体層を厚くすると、光励起されたキャリア（電子と正孔）が半導体層を移動する距離が長くなるためキャリアの再結合が起こり、その結果、キャリアが水分解反応等の反応に寄与できなくなるためである。
【０００８】
そこで、本開示は、光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応に有効に利用することができる光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】
本開示は、
基板である第１導電体と、
前記第１導電体上に配置されており、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体と、
前記第２導電体の前記細孔の内部に配置された可視光光触媒と、
を含む、光電極を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応に有効に利用することができる光電極を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る光電極の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示された光電極を例として、基準面、厚さ決定面及び中心面を示す模式図である。
【図３】図３は、本開示の一実施形態に係る光電気化学セルの一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係る光電気化学セルの別の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の第１の態様に係る光電極は、基板である第１導電体と、前記第１導電体上に配置されており、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体と、前記第２導電体の前記細孔の内部に配置された可視光光触媒と、を含む。なお、第１の態様に係る光電極は、前記第１導電体と、前記第１導電体上に配置された、前記第２導電体及び前記可視光光触媒で構成された複合体と、を含む光電極とみなすことが可能である。したがって、以下、前記第２導電体と前記可視光光触媒とで構成された複合体を、単に「複合体」と記載することがある。
【００１３】
第１の態様に係る光電極では、光電極に入射して可視光光触媒に吸収されずに第２導電体に進入した光の大部分は、第２導電体には吸収されずに第２導電体を透過し、その後に再び進入した可視光光触媒によって吸収されることができる。したがって、第１の態様に係る光電極においては、可視光光触媒自体の厚みを薄くしても、複合体としての厚さを増加させることにより、光が可視光光触媒を通過する光路長が増加するので光吸収率を高めることができる。すなわち、第１の態様に係る光電極においては、可視光光触媒の厚みを十分に薄くして、光励起キャリアの再結合を抑制することも可能である。このように、第１の態様に係る光電極によれば、光電極に入射した光の多くを光触媒に吸収させることができ、さらに光触媒の厚みを薄くして光励起キャリアの再結合を抑制できるので、光電極に入射した光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応に有効に利用することができる。
【００１４】
第２の態様において、例えば、第１の態様に係る光電極では、前記可視光光触媒が、ニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物の少なくともいずれか１種を含んでいてもよい。
【００１５】
第２の態様に係る光電極によれば、可視光光触媒が可視光領域の波長の光まで利用することができ、かつ可視光光触媒のバンド構造が水分解に適している。したがって、第２の態様に係る光電極によれば、例えば太陽光を光源とした場合に、光電極に入射した光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応により一層有効に利用することができる。
【００１６】
第３の態様において、例えば、第１又は第２の態様に係る光電極では、前記第１導電体の抵抗率が、前記第２導電体の抵抗率よりも小さくてもよい。
【００１７】
電子が移動する距離は、通常、第２導電体中よりも第１導電体中の方が大きい。第３の態様に係る光電極では、第１導電体の抵抗率が第２導電体の抵抗率よりも小さいので、電子の移動ロスを抑えることができる。
【００１８】
第４の態様において、例えば、第３の態様に係る光電極では、前記第１導電体が金属で形成されており、前記第２導電体が透明導電性酸化物で形成されていてもよい。
【００１９】
第４の態様に係る光電極では、第１導電体が金属で形成されているので、第１導電体の材料選択の幅が広く、さらに第１導電体の高い導電性も実現できる。また、一般に、金属は透明導電性酸化物よりも抵抗率が低いので、第１導電体の形成に金属を用いることにより、第２導電体の形成に用いられる透明導電性酸化物の選択の幅も広げることができる。
【００２０】
第５の態様において、例えば、第３の態様に係る光電極では、前記第１導電体は第１透明導電性酸化物で形成されており、前記第２導電体は第２透明導電性酸化物で形成されており、前記第１透明導電性酸化物の抵抗率が前記第２透明導電性酸化物の抵抗率よりも小さくてよい。
【００２１】
第５の態様に係る光電極では、第１導電体が透明であることにより、光電極における光入射面の自由度が高くなる。すなわち、第５の態様に係る光電極では、光入射面を第１導電体側の面としてもよいし、その面と反対側の面としてもよいし、両面としてもよい。
【００２２】
第６の態様において、例えば、第１〜第５の態様のいずれか１つの態様に係る光電極では、前記第２導電体が、アンチモンドープ酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ及びガリウムドープ酸化亜鉛からなる群から選択される少なくともいずれか１種で形成されていてもよい。
【００２３】
第６の態様に係る光電極では、第２導電体がアンチモンドープ酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ及びガリウムドープ酸化亜鉛からなる群から選択される少なくともいずれか１種で形成されている。したがって、第６の態様に係る光電極は、その製造が工業的に簡便である。また、アンチモンドープ酸化スズ及びフッ素ドープ酸化スズは高温耐性を有するため、可視光光触媒を形成する工程に焼成プロセスが含まれる場合であっても、問題なく使用できる。また、ガリウムドープ酸化亜鉛は、還元雰囲気における耐性が高いので、例えば可視光光触媒が窒化物及び／又は酸窒化物であり、これらを合成する際にアンモニアガス雰囲気下での焼成工程が含まれる場合であっても、問題なく使用できる。
【００２４】
第７の態様において、例えば、第１〜第６の態様のいずれか１つの態様に係る光電極では、前記多孔質構造が、共連続構造、又は、前記骨格が微粒子の凝集によって形成された粒子状多孔質構造であってもよい。
【００２５】
第７の態様に係る光電極によれば、高い光吸収率の達成に十分な可視光光触媒を配置するための細孔を有する第２導電体を、容易に実現できる。
【００２６】
第８の態様において、例えば、第１〜第７の態様のいずれか１つの態様に係る光電極の第２導電体において、前記第２導電体の中心面に対して前記第１導電体側の領域の空隙率が、前記中心面に対して前記第１導電体と反対側の領域の空隙率よりも低くてもよい。ここで、前記中心面とは前記第２導電体の厚さの中心面であり、前記第２導電体の厚さは、前記第１導電体の前記第２導電体が配置されている面を基準面とし、前記第２導電体の前記骨格のうち前記基準面から最も遠い位置を通り、かつ前記基準面と平行な面を厚さ決定面としたときの、前記基準面から前記厚さ決定面までの距離で決定され、前記第２導電体の厚さの中心面は、前記基準面と前記厚さ決定面との中心面である。
【００２７】
第８の態様に係る光電極によれば、複合体に入射した光の散乱の方向が第１導電体側へ向く確率が高まるので、複合体の内部にまで光が到達しやすくなり、その結果、第２導電体の細孔の内部に位置する可視光光触媒の光吸収量が増加して光の利用効率が向上する。さらに、第８の態様に係る光電極が水分解の電極として利用される場合に、第２導電体の細孔の内部で水分解反応によって発生した気泡（水素又は酸素）の光電極外への放出が容易となる。
【００２８】
本開示の第９の態様に係る光電極の製造方法は、第１〜第８の態様のいずれか１つの態様に係る光電極を製造する方法であって、当該製造方法において、
基板である第１導電体上に、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体を形成し、
前記第２導電体の前記細孔の内部に配置された可視光光触媒を形成する。
【００２９】
第９の態様に係る製造方法によれば、複雑な工程を実施することなく、低コストでの光電極の製造が可能となる。
【００３０】
第１０の態様において、例えば、第９の態様に係る光電極の製造方法では、前記可視光光触媒が、窒化物及び酸窒化物から選ばれる少なくともいずれか１種であって、前記可視光光触媒の前駆体である酸化物又は有機化合物を窒素化合物ガスを用いて窒化処理することにより、前記可視光光触媒を形成してもよい。
【００３１】
第１０の態様に係る製造方法によれば、前駆体である酸化物又は有機化合物を窒化処理するという簡便な方法により、可視光光触媒としての窒化物及び／又は酸窒化物を形成することができる。
【００３２】
本開示の第１１の態様に係る光電気化学セルは、第１〜第８の態様のいずれか１つの態様に係る光電極と、前記光電極と電気的に接続された対極と、前記光電極及び前記対極を収容する容器と、を備える。
【００３３】
第１１の態様に係る光電気化学セルは、第１〜第８の態様のいずれか１つの態様に係る光電極を備えているので、光電極に入射した光のエネルギーを水分解反応に有効に利用することができる。
【００３４】
第１２の態様において、第１１の態様に係る光電気化学セルは、前記容器内に収容され、かつ前記光電極及び前記対極の表面と接触する、水を含む電解液をさらに備えてもよい。
【００３５】
第１２の態様に係る光電気化学セルによれば、光電極に入射した光のエネルギーを水分解反応に有効に利用することができる。
【００３６】
第１３の態様において、第１１又は第１２の態様に係る光電気化学セルでは、前記光電極の第１導電体が金属で形成されており、前記光電極は、前記第１導電体と反対側の面から光が入射可能である向きに配置されていてもよい。
【００３７】
第１３の態様に係る光電気化学セルによれば、複合体を透過した光の一部が第１導電体の表面で反射して、その後で再び複合体に進入して可視光光触媒によって吸収されることができるので、さらに光利用効率を向上させることができる。
【００３８】
第１４の態様において、第１１又は第１２の態様に係る光電気化学セルでは、前記光電極の第１導電体が透明導電性材料で形成されており、前記光電極は、前記第１導電体側の面から光が入射可能である向きに配置されていてもよい。
【００３９】
第１４の態様に係る光電気化学セルでは、光電極に第１導電体側から光が入射するので、第１導電体に近い位置に配置されている可視光光触媒による光吸収量が多くなり、その結果、第１導電体に近い位置で発生する光励起キャリアの量が多くなる。第１導電体に近い位置で発生した光励起キャリアは第１導電体までの移動距離が短いので、キャリアの再結合が起こりにくくなる。その結果、水分解反応に寄与できるキャリア量が増加し、光のエネルギーの高い利用効率を実現できる。なお、第１４の態様に係る光電気化学セルでは、光電極における光入射面を、第１導電体側の面とその反対側の面との両面とすることも可能である。
【００４０】
以下、本開示の光電極及び光電気化学セルの実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は一例であり、本開示は以下の形態に限定されない。
【００４１】
（実施形態１）
本実施形態の光電極は、基板である第１導電体と、第１導電体上に配置されている第２導電体とを含んでいる。第２導電体は、３次元的に連続した骨格と、この骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である。本実施形態の光電極は、第２導電体の細孔の内部に配置された可視光光触媒をさらに含んでいる。なお、可視光光触媒は、少なくとも第２導電体の細孔の内部に配置されていればよく、第２導電体の表面にさらに配置されていてもよい。また、可視光光触媒は、粒子状であってもよいし、膜状であってもよい。本実施形態の光電極では、第２導電体の細孔の内部に可視光光触媒を含む光触媒層が配置されているとみなすこともできる。
【００４２】
第２導電体の骨格が３次元的に連続しているとは、骨格が連続体である場合はもちろん、骨格が微粒子が凝集することによって形成されており、実質的に連続しているとみなすことが可能な場合も含まれる。したがって、第２導電体の多孔質構造は、共連続構造のような骨格が連続体である構造であってもよいし、又は、骨格が微粒子の凝集によって形成された粒子状多孔質構造であってもよい。
【００４３】
図１は、本実施形態の光電極の一例を示す模式図であり、第２導電体の骨格が微粒子の凝集によって形成されている例を示している。図１に示す光電極１００は、基板である第１導電体１０１と、第１導電体１０１上に配置されている第２導電体１０２及び可視光光触媒１０３とを含んでいる。第２導電体１０２は、３次元的に連続した骨格１０２ａと、骨格１０２ａによって形成された細孔１０２ｂとを含む多孔質構造を有しており、かつ透明である。可視光光触媒１０３は、第２導電体１０２の細孔１０２ｂの内部に配置されている。可視光光触媒１０３は、細孔１０２ｂの内部だけでなく、第２導電体１０２の表面上に配置されていてもよい。
【００４４】
第２導電体における細孔は、第２導電体の第１導電体と反対側の面で開口していてもよい。このような構造によれば、本実施形態の光電極が水分解の電極として利用される場合に、細孔の内部で水分解反応によって発生した気泡（水素又は酸素）が細孔の内部から上記開口を通じて電極外へと容易に放出され得る。なお、第２導電体における細孔は、３次元的に連続した細孔を含んでいてもよいし、他の細孔と連続していない孤立した細孔を含んでいてもよい。
【００４５】
本実施形態の光電極では、光電極に入射して可視光光触媒に吸収されずに第２導電体に進入した光の大部分は、第２導電体には吸収されずに第２導電体を透過し、その後に再び進入した可視光光触媒によって吸収されることができる。
【００４６】
また、本実施形態の光電極の構造によれば、可視光光触媒の厚みを十分に薄くし、光励起キャリアの再結合を抑制することが可能となる。なぜなら、可視光光触媒自体の厚みは薄くても、複合体の厚さを増加させれば、光が可視光光触媒を通過する光路長が増加し、光吸収率を高めることができるためである。このように、本実施形態の光電極によれば、入射した光の多くを光触媒に吸収させることができ、さらに光触媒の厚みを薄くして光励起キャリアの再結合を抑制できるので、入射した光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応に有効に利用することができる。
【００４７】
第２導電体における空隙率は、第２導電体の全体で均一であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、第２導電体において、第２導電体の中心面に対して第１導電体側の領域の空隙率が、上記中心面に対して第１導電体と反対側の領域の空隙率よりも低いことが望ましい。ここで、第２導電体の中心面とは、第２導電体の厚さの中心面である。第２導電体の厚さは、第１導電体の第２導電体が配置されている面を基準面とし、第２導電体の骨格のうち前記基準面から最も遠い位置を通り、かつ前記基準面と平行な面を厚さ決定面としたときの、前記基準面から前記厚さ決定面までの距離で決定される。第２導電体の厚さの中心面は、前記基準面と前記厚さ決定面との中心面である。このように設定した各面を図１に示した光電極１００を例にして説明すると、図２に示すように、基準面２０１は第１導電体１０１の第２導電体１０２（複合体１０４）が配置されている面である。また、厚さ決定面２０２は、第２導電体１０２の骨格１０２ａのうち基準面２０１から最も遠い位置１０２ｃを通る基準面２０１と平行な面である。中心面２０３は、基準面２０１と厚さ決定面２０２との中心面である。図中、２０４は中心面２０３に対して第１導電体側の領域を示し、２０５は中心面２０３に対して第１導電体と反対側の領域を示している。
【００４８】
なお、上記構成は、換言すると、第２導電体の骨格が、第１導電体側の領域で密となり、第１導電体と反対側の領域で疎となる形状を有しているということである。このような構成によれば、複合体に入射した光の散乱の方向が複合体の第１導電体側へ向く確率が高まるので、複合体の内部にまで光が到達しやすくなり、その結果、第２導電体の細孔の内部に位置する可視光光触媒の光吸収量が増加して光の利用効率が向上する。さらに、本実施形態の光電極が水分解の電極として利用される場合に、第２導電体の細孔の内部で水分解反応によって発生した気泡（水素又は酸素）の光電極外への放出が容易となる。より望ましくは、第２導電体の空隙率が、第１導電体側から第１導電体と反対側に向かって高くなること、換言すれば第２導電体の骨格の密度が、第１導電体側から第１導電体と反対側に向かって低くなることである。このような構成によれば、第２導電体の細孔の内部に配置されている可視光光触媒の利用効率のさらなる向上が可能となる。
【００４９】
なお、第２導電体の空隙率は、第１導電体の厚さ方向に沿った第２導電体の断面の画像解析によって求めることができる。具体的には、第２導電体の断面画像を２値化して、例えば骨格部分を白色、空隙部分を黒色とする２値化画像データを準備し、黒色、すなわち空隙のピクセル数をカウントすることによって空隙率を求めることができる。
【００５０】
第２導電体は、透明導電性酸化物等の透明導電性材料によって形成される。透明導電性材料とは、波長が４００ｎｍよりも長波長である可視光領域の光に対する吸収率が小さく、かつ導電性を示す材料である。ここで、波長が４００ｎｍよりも長波長である可視光領域の光に対する吸収率が小さいとは、波長５００ｎｍの可視光領域の光に対する光吸収係数が例えば１０００ｃｍ-1以下であり、望ましくは５００ｃｍ-1以下であることである。なお、第２導電体は多孔質構造を有するため、第２導電体に入射された光が反射・散乱されて白く見える場合がある。しかし、第２導電体を構成する透明導電性材料は、可視光領域の光に対して例えば上記範囲の低い光吸収係数を有しているので、第２導電体においては光吸収がほとんど起こらず、入射されたほとんどの光は可視光光触媒を通過する際に可視光光触媒によって吸収される。また、第２導電体に用いられる透明導電性材料に求められる導電性は、抵抗率が１×１０-1Ω・ｃｍ以下であることであり、望ましくは抵抗率が１×１０-2Ω・ｃｍ以下であることである。
【００５１】
本実施形態における第２導電体の形成に用いられる透明導電性材料は、例えば、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、ニオブドープ酸化スズ（ＮｂＴＯ）、タンタルドープ酸化スズ（ＴａＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、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）及びニオブドープ二酸化チタン等の透明導電性酸化物である。特に、ＡＴＯ、ＦＴＯ及びＧＺＯからなる群から選択される少なくともいずれか１種で第２導電体を形成することが望ましい。ＡＴＯ、ＦＴＯ及びＧＺＯを用いることにより、本実施形態の光電極を工業的に簡便に作製できる。また、第２導電体に用いられる透明導電性材料には、可視光光触媒を形成する工程に耐久性を有する材料を選択することがより望ましい。ＡＴＯ及びＦＴＯは、ＩＴＯ等と比較して高温耐性を有するため、可視光光触媒を形成する工程に焼成プロセスが含まれる場合であっても問題なく使用できる。また、ＧＺＯは、還元雰囲気における耐性が高いので、例えば可視光光触媒が窒化物及び／又は酸窒化物であり、これらを合成する際にアンモニアガス雰囲気下での焼成工程が含まれる場合であっても、問題なく使用できる。
【００５２】
可視光光触媒とは、波長が４００ｎｍよりも長波長である可視光領域の光を吸収できる光触媒である。可視光光触媒は、波長５００ｎｍの可視光領域の光に対する光吸収係数が例えば５０００ｃｍ-1以上であり、望ましくは１００００ｃｍ-1以上である。本実施形態の可視光光触媒は、このように太陽光の可視光を利用することが可能であるため、ＴｉＯ2などの紫外線しか吸収できない光触媒と比較して、太陽光の利用効率を増加させることができる。可視光領域の光を吸収できる光触媒の代表的なものとして、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、窒化タンタル（Ｔａ3Ｎ5）、酸窒化タンタル（ＴａＯＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ3Ｎ5）及び酸窒化ニオブ（ＮｂＯＮ）等が挙げられる。
【００５３】
特に、可視光光触媒が、窒化ニオブ（Ｎｂ3Ｎ5）及び酸窒化ニオブ（ＮｂＯＮ）等のニオブ窒化物及びニオブ酸窒化物の少なくともいずれか１種である場合は、可視光光触媒が可視光領域の波長の光まで利用することができ、かつ可視光光触媒のバンド構造が水分解に適している。したがって、これらの可視光光触媒を用いる場合は、例えば太陽光を光源とした場合に、光電極に入射した光エネルギーを、水の分解反応等の目的とする反応により一層有効に利用することができる光電極を実現できる。また、ニオブ系化合物は、Ｔａ系化合物に比べて低コストで作製できるので、工業的な利用に適している。
【００５４】
上記のとおり、可視光光触媒の厚さは、光を十分に吸収しつつ、かつ光励起キャリアの再結合を防ぐために、例えば１０〜２００ｎｍとすることが望ましい。本実施形態の光電極は、上記のとおり、一旦可視光光触媒に進入したものの可視光光触媒に吸収されずに透過して第２導電体に到達した光の大部分は、第２導電体を透過して、第２導電体の細孔の内部に配置されている可視光光触媒に到達して、当該可視光光触媒により吸収され得る。したがって、光電極に入射した光が可視光光触媒を通過する光路長を低減させることなく、可視光光触媒の厚さを低減することが可能である。
【００５５】
なお、可視光光触媒と第２導電体とは、可視光光触媒と第２導電体との接触がオーミック接触となるように、それぞれの材料及びフェルミ準位が適宜選択されていることが望ましい。可視光光触媒及び第２導電体の接触がオーミック接触であることにより、光励起により可視光光触媒の内部で生成した電子と正孔とが電荷分離し、再結合する確率がさらに低くなるので、光エネルギーの利用効率をさらに向上させることができる。
【００５６】
第１導電体は、金属で形成されていてもよいし、透明導電性材料で形成されていてもよい。ただし、第１導電体に用いられる材料に求められる導電性は、抵抗率が１×１０-3Ω・ｃｍ以下であることであり、望ましくは抵抗率が１×１０-4Ω・ｃｍ以下であることである。ここで、第１導電体の材料に求められる抵抗率が、第２導電体の材料に求められる抵抗率（１×１０-1Ω・ｃｍ以下、望ましくは抵抗率が１×１０-2Ω・ｃｍ以下）よりも低いことの理由は、光励起された電子が第１導電体内を移動する距離は、第２導電体内を移動する距離よりも長いので、電子のスムーズな移動を考慮した場合、第１導電体の材料に求められる導電性は第２導電体の材料に求められるものよりも高くなるからである。
【００５７】
第１導電体が金属で形成されている場合は、第１導電体の材料選択の幅が広く、さらに第１導電体の高い導電性も実現できる。第１導電体の形成に用いられる金属としては、例えばチタン及びニオブが挙げられる。
【００５８】
一方、第１導電体が透明導電性材料で形成されている場合は、光電極における光の入射面を第１導電体側の面としてもよく、その面と反対側の面としてもよく、両面としてもよいので、光の入射面の自由度が高くなる。また、第２導電体と同じ材料を用いて第１導電体を作製することも可能となるため、第１導電体及び第２導電体を工業的に簡便に作製できる。第１導電体の透明導電性材料としては、第２導電体の形成に用いられる透明導電性材料として例示した上記の透明導電性酸化物を用いることができ、それらの中でも、ＦＴＯ及びＡＴＯが好適に用いられる。上記のとおり、ＦＴＯ及びＡＴＯは高温耐性を有するため、可視光光触媒を形成する工程に焼成プロセスが含まれる場合であっても問題なく使用できる。
【００５９】
第１導電体は、第２導電体よりも抵抗率が小さい材料で形成されていることが望ましい。すなわち、第１導電体は第２導電体よりも高い導電性を有していることが望ましい。電子が移動する距離は、通常、第２導電体中よりも第１導電体中の方が大きい。したがって、第１導電体の抵抗率を第２導電体の抵抗率よりも小さくすることにより、電子の移動ロスを抑えることができる。この構成は、例えば、第１導電体を金属で形成し、第２導電体を透明導電性酸化物で形成することによって実現できる。第１導電体の形成に用いることができる金属の具体例、及び、第２導電体の形成に用いることができる透明導電性酸化物の具体例は、上記のとおりである。また、第１導電体を第１透明導電性酸化物で形成し、第２導電体を第１透明導電性酸化物よりも高い抵抗率を有する第２透明導電性酸化物で形成することにより、第１導電体及び第２導電体が共に透明であって、かつ第１導電体と第２導電体との抵抗率が上記関係を満たす光電極を実現できる。
【００６０】
次に、本実施形態の光電極の製造方法の一例について説明する。本実施形態の光電極の製造方法の一例では、まず、基板である第１導電体上に、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有し、かつ透明である第２導電体を形成し、次に、第２導電体の細孔の内部に配置された可視光光触媒を形成する。
【００６１】
上記の製造方法には複雑な工程が含まれないため、低コストでの光電極の製造が可能である。なお、上記の製造方法において用いられる第１導電体、形成される第２導電体及び可視光光触媒の材料等の詳細は、上述のとおりである。
【００６２】
可視光光触媒として、窒化物及び酸窒化物から選ばれる少なくともいずれか１種を含む可視光光触媒を形成する場合は、例えば、可視光光触媒の前駆体である酸化物又は有機化合物を窒素化合物ガス（例えばアンモニアガス）を用いて窒化処理することにより形成することができる。
【００６３】
可視光光触媒が酸窒化ニオブ（ＮｂＯＮ）等のニオブ酸窒化物である場合は、例えば、ニオブ酸化物を前駆体とし、これをアンモニアガスで窒化処理することにより可視光光触媒を形成できる。このような窒化処理は、大気圧下での実施が可能である。窒化処理を大気圧下で実施することにより、真空下で実施する場合と比較して、複雑な工程が不要となり、かつ使用する装置が簡便となるので、光電極のさらなる低コスト化が可能となる。また、アンモニアガスを用いる窒化処理は、例えば５００〜７５０℃の温度範囲内で実施でき、望ましくは５００〜６５０℃の温度範囲内で実施することである。このような温度範囲内で窒化処理を行うことより、アンモニアが熱分解される温度以上であるために十分な窒化処理が可能であり、かつ第２導電体の導電性を処理後も維持することができる。
【００６４】
一方、可視光光触媒が窒化ニオブ（Ｎｂ3Ｎ5）等のニオブ窒化物である場合は、例えば有機ニオブ化合物をアンモニアガスと反応させて窒化することにより、可視光光触媒を形成できる。有機ニオブ化合物として、例えば、組成式Ｎｂ（ＮＲ2）5（ただし、Ｒは、炭素数が１〜３のアルキル基を示す）で表される化合物（例えばペンタキスジメチルアミノニオブ）、及び、組成式Ｒ1Ｎ＝Ｎｂ（ＮＲ2Ｒ3）3（ただし、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、各々独立の炭化水素基）で表される化合物等を用いることができる。窒化処理の温度は、例えば、有機ニオブ化合物の窒化開始温度以上であって、かつＮｂの還元開始温度未満とする。
【００６５】
第２導電体を形成する方法は、特に限定されない。例えば、骨格を構成する材料の粉末に、溶媒及び界面活性剤等を適宜加えてペーストを調製し、そのペーストを準備された第１導電体上に塗布して塗膜を形成し、その塗膜を焼成することによって形成できる。焼成時の雰囲気及び温度条件は、使用される材料等に応じて適宜選択できる。また、上記に説明したような、骨格が第１導電体側の領域で密となり、第１導電体と反対側の領域で疎となる形状を有する第２導電体は、例えば、第１導電体側の領域の第２導電体の形成に用いられる粉末にはより粒径が小さいものを用い、第１導電体と反対側の領域の第２導電体の形成に用いられる粉末にはより粒径が大きいものを用いることによって形成できる。
【００６６】
（実施形態２）
本開示の光電気化学セルの一実施形態について説明する。
【００６７】
図３に、本実施形態の光電気化学セルの一例を示す。図３に示す光電気化学セル３００は、光電極３１０と、対極３２０と、水を含む電解液３４０と、光電極３１０、対極３２０及び電解液３４０を収容する容器３３０と、を備えている。
【００６８】
光電極３１０には、実施形態１で説明した光電極が用いられる。すなわち、光電極３１０は、基板である第１導電体３１１と、第１導電体３１１上に配置された、第２導電体及び可視光光触媒で構成された複合体３１２とを含んでいる。第２導電体は、実施形態１で説明したように、３次元的に連続した骨格と、前記骨格によって形成された細孔とを含む多孔質構造を有しており、かつ透明である。可視光光触媒は、第２導電体の細孔の内部に配置されている。なお、第１導電体３１１、第２導電体及び可視光光触媒の詳細は、実施形態１で説明したとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６９】
容器３３０内において、光電極３１０及び対極３２０は、その表面が電解液３４０と接触するように配置されている。図３に示された光電気化学セル３００では、容器３３０のうち、容器３３０内に配置された光電極３１０の複合体３１２と対向する部分（以下、光入射部３３１と略称する）は、太陽光等の光を透過させる材料で構成されている。すなわち、光電気化学セル３００では、光電極３１０は、第１導電体３１１と反対側の面から光が入射可能である向きで、容器３３０内に配置されている。換言すると、光電極３１０における光入射面は、第１導電体と反対側の面である。したがって、光電極３１０の第１導電体３１１は、金属で形成されていてもよいし、透明導電性材料で形成されていてもよい。第１導電体３１１が金属で形成されている場合、複合体３１２を透過した光の一部が第１導電体３１１の表面で反射して、その後で再び複合体３１２に進入して可視光光触媒によって吸収されることができるので、さらに光利用効率を向上させることができる。
【００７０】
光電極３１０における第１導電体３１１と対極３２０とは、導線３５０により電気的に接続されている。なお、ここでの対極とは、光電極との間で電解液を介さずに電子の授受を行う電極のことを意味する。したがって、本実施形態における対極３２０は、光電極３１０を構成している第１導電体３１１と電気的に接続されていればよく、光電極３１０との位置関係等は特に限定されない。例えば光電極３１０に用いられる可視光光触媒がｎ型半導体である場合、対極３２０は光電極３１０から電解液３４０を介さずに電子を受け取る電極となる。対極３２０としては、過電圧の小さい材料を用いることが好ましい。例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉなど金属触媒を用いることで、対極３２０の活性が高まるので好ましい。
【００７１】
図３に示すように、光電気化学セル３００は、さらにセパレータ３６０を備えていてもよい。容器３３０の内部は、セパレータ３６０によって、光電極３１０が配置される側の領域と、対極３２０が配置される領域との２つの領域に分離されることができる。電解液３４０は、両方の領域内に収容されている。容器３３０には、光電極３１０が配置されている領域内で発生した気体を排気するための排気口３３２と、対極３２０が配置されている領域内で発生した気体を排気するための排気口３３３とを備えている。容器３３０は、さらに、容器３３０の内部に水を供給するための給水口３３４も備えている。
【００７２】
電解液３４０は、特には限定されず、水を含んでいればよい。なお、電解液３４０は、酸性であってもアルカリ性であってもよい。また、電解液３４０の代わりに、固体電解質を用いることも可能である。電解液３４０に代えて、水が用いられ得る。
【００７３】
次に、光電極３１０及び光電気化学セル３００の動作を説明する。なお、ここでは、光電極３１０の可視光光触媒がＮｂＯＮ等のｎ型半導体である場合を例に挙げて説明する。
【００７４】
光電気化学セル３００における容器３３０の光入射部３３１から、容器３３０内に収容され、かつ電解液３４０に接している光電極３１０に太陽光が入射すると、複合体３１２中の可視光光触媒において、伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が生じる。このとき生じた正孔は、電解液３４０との接触で生じた空乏層によるバンドベンディングにより、可視光光触媒の表面に移動する。可視光光触媒の表面では、下記反応式（１）により水が分解されて、酸素が発生する。一方、電子は、上記バンドベンディングにより第２導電体に移動し、第１導電体３１１を経由して対極３２０に到る。対極３２０では、下記反応式（２）により水素が発生する。
【００７５】
４ｈ+＋２Ｈ2Ｏ→Ｏ2↑＋４Ｈ+    …（１）
４ｅ-＋４Ｈ+→２Ｈ2↑    …（２）
【００７６】
発生した水素及び酸素は、容器内のセパレータ３６０で分離され、排気口３３２より酸素が、排気口３３３より水素が排出される。また、分解される水は、給水口３３４より容器３３０の内部に供給される。
【００７７】
光電極３１０は、実施形態１で説明したとおり、光のエネルギーを高効率で利用できる。したがって、光電極３１０を備えた光電気化学セル３００は、光のエネルギーを水分解反応に有効に利用することができる。
【００７８】
図４に、光電気化学セルの別の例を示す。図４に示す光電気化学セル４００は、光電極３１０の配置の向きが光電気化学セル３００とは異なるものの、他の構成は光電気化学セル３００と同じである。したがって、ここでは光電極３１０の配置の向きについてのみ説明する。光電気化学セル４００では、光電極３１０は、第１導電体３１１が容器３３０の光入射部３３１と対向する向きで、すなわち、第１導電体３１１側の面から光が入射可能である向きで、容器３３０内に配置されている。換言すると、光電極３１０における光入射面は、第１導電体３１１側の面である。第１導電体３１１は、入射した光を透過させて、光を複合体３１２に到達させる必要がある。したがって、光電気化学セル４００においては、光電極３１０の第１導電体３１１は透明導電性材料で形成されている必要がある。
【００７９】
光が光電極３１０に入射した際の光電気化学セル４００の動作は、複合体３１２に到達する光が第１導電体３１１を透過した光であるという点を除いて、光電気化学セル３００と同じである。ただし、光電気化学セル４００では、光電極３１０に第１導電体３１１側から光が入射するので、第１導電体３１１に近い位置に配置されている可視光光触媒の光吸収量が多くなる。したがって、その可視光光触媒によって光励起されたキャリアが第１導電体３１１まで移動する距離が、光電気化学セル３００の場合よりも短くなるので、キャリアの再結合が起こりにくくなる。その結果、光電気化学セル４００では、光電気化学セル３００と比較して、水分解反応に寄与できるキャリア量が増加するので、光エネルギーの高い利用効率を実現できる。なお、光電気化学セル４００は、第１導電体３１１側の面からだけでなく、第１導電体側の面とその反対側の面との両面から光電極に光が入射する構成とすることも可能である。
【００８０】
なお、光電気化学セル３００，４００における光電極３１０以外の他の構成、例えば対極３２０、容器３３０、導線３５０及びセパレータ３６０等は、特には限定されず、水を分解して水素等のガスを発生させる光電気化学セルにおいて用いられる公知の容器、導線及び分離膜等を適宜用いることができる。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例により本開示の光電極をさらに詳しく説明する。
【００８２】
＜光電極の作製＞
（実施例１）
（１）第２導電体（アンチモンドープ酸化スズ：ＡＴＯ）を形成する工程
第１導電体として、ＡＴＯ基板を準備した。第２導電体を作製するための透明導電性酸化物として、１次粒子径が１２０〜２５０ｎｍのＡＴＯ粉末を用いた。ＡＴＯ粉末を有機溶媒中に分散させたインクを調製し、これをＡＴＯ基板上にスピンコート成膜し、１２０℃にセットされたホットプレート上で５分程度乾燥させた。スピンコートの条件は、回転数４００ｒｐｍで２０秒回転させた後、回転数１５００ｒｐｍで１０秒回転させた。乾燥後、酸素と窒素との混合ガス気流中にてＡＴＯ基板上の膜を焼成した。焼成では、炉内を昇温速度１００℃／ｈで室温から５００℃まで昇温させ、５００℃で１時間保持した後、降温速度１００℃／ｈで降温し、室温程度になったところで膜を取り出した。
【００８３】
作製された膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、膜の厚さは４μｍ程度であった。膜は多孔質構造となっており、ＡＴＯ粉末同士が３次元的に連続して骨格を形成し、さらにその骨格によって形成された３次元的に連続する細孔が含まれていることが確認された。
【００８４】
なお、本実施例では上記方法を用いたが、第２導電体を形成する方法としては、色素増感太陽電池に用いられるＴｉＯ2電極作製の方法も有用である。例えば、ＴｉＯ2粉末の代わりに、第２導電体作製用の透明導電性材料の粉末を用意し、これを、純水、アセチルアセトン及び界面活性剤（Ｔｏｒｉｔｏｎ−Ｘ）などと一緒に乳鉢で混合してペーストを調製し、このペーストをスキージ法により第１導電体上に塗布して塗膜を形成し、乾燥と焼成処理することで、多孔質構造を有する第２導電体を形成できる。
【００８５】
（２）可視光光触媒（酸窒化物ニオブ：ＮｂＯＮ）を形成する工程
前駆体としてのアモルファスのＮｂ2Ｏ5薄膜を、スパッタ法でＡＴＯ基板上に成膜した試料を用意した。これを、直径約９ｃｍのタンマン管炉（株式会社モトヤマ製）内にセットし、アンモニア、酸素及び窒素の混合ガス流通下において、炉内を昇温速度１００℃／ｈで室温から６００℃まで昇温させた。その後、６００℃で１ｈ保持した後、降温速度１００℃／ｈで降温し、流入させたガスを反応ガスから窒素に変えて十分パージした後、得られた合成物を炉内から取り出した。混合ガスの全流量は１０００ｍＬ／ｍｉｎとした。混合ガスの組成比率は、アンモニア４０．００％（体積％）、酸素０．０６％（体積％）、窒素５９．９４％（体積％）とした。
【００８６】
焼成後の合成物についてＸＲＤ測定を行ったところ、バデライト構造のＮｂＯＮのピークが確認された。すなわち、ＡＴＯ基板上にＮｂＯＮが配置された構造体（ＡＴＯ基板−ＮｂＯＮ構造体）が形成されていることが確認された。
【００８７】
拡散反射率測定より、得られたＡＴＯ基板−ＮｂＯＮ構造体の光吸収特性を調べたところ、可視光領域においてＮｂＯＮのバンド間遷移と見られる光吸収が確認され、その吸収端波長は約６００ｎｍであった。
【００８８】
以上より、前駆体Ｎｂ2Ｏ5を窒化処理することで、可視光光触媒であるＮｂＯＮを合成可能であることが確認された。
【００８９】
なお、本実施例においては、前駆体Ｎｂ2Ｏ5の窒化処理により可視光光触媒であるＮｂＯＮを合成できるかどうかを確認するために、ＡＴＯ基板上に前駆体であるＮｂ2Ｏ5をスパッタ法で成膜した。しかし、スパッタ法は、第２導電体に相当する多孔質構造体上に前駆体を成膜する方法には適さない。なぜなら、スパッタ法では、多孔質構造体の細孔の内部まで前駆体Ｎｂ2Ｏ5を成膜することが難しいからである。多孔質構造体の細孔の内部にも、比較的均一に前駆体Ｎｂ2Ｏ5を成膜できる方法の例として、例えば以下の（１）及び（２）が挙げられる。
（１）ニオブエトキシド（Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5）をエタノールで１０ｍＭに希釈した溶液を調製する。その溶液を、第２導電体である多孔質構造体上に塗布し、１００℃程度で乾燥させる。これにより、ニオブエトキシドが加水分解され、アモルファスのニオブ酸化物（Ｎｂ2Ｏ5）が多孔質構造体の細孔の内部にも作製される。
（２）ニオブエトキシド（Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）5）をエタノールで１０ｍＭに希釈した溶液を調製する。その溶液中に、ＡＴＯ粉末を分散させ、インクを調製する。これをＡＴＯ基板上にスピンコート成膜した後、乾燥及び焼成することにより、多孔質構造を有するＡＴＯの細孔の内部にニオブ酸化物（Ｎｂ2Ｏ5）が付着した構造体を作製できる。
【００９０】
＜可視光光触媒の形成工程時の熱処理に対する第２導電体の耐性についての検討＞
ここで、アンモニアガスによる窒化反応により、ニオブ酸化物を窒化してＮｂＯＮなどのニオブ酸窒化物を得る場合、焼成温度は５００℃以上とすることが望ましい。なぜなら、窒化反応は、アンモニアガスが熱分解した際に発生する反応性の高いラジカル状の窒素原子などによって起こされるからであり、非特許文献（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ７２ （３）， １９ Ｊａｎｕａｒｙ １９９８）にも記載されているように、アンモニアの熱分解はおよそ５００℃以上で起こるためである。
【００９１】
一方、第２導電体の材料として用いられ得る透明導電性酸化物は、高温雰囲気に置かれると、キャリア密度が低減するなどの理由で導電率が著しく低減することがある。したがって、第２導電体上に可視光光触媒としてニオブ酸窒化物及び／又はニオブ窒化物を形成する場合は、ニオブ酸窒化物及び／又はニオブ窒化物を低温条件で合成することが望ましい。
【００９２】
そこで、可視光光触媒の形成工程時の熱処理に対する第２導電体の耐性を検討するため、第２導電体の材料として用いられ得るＡＴＯ、ＦＴＯ及びＧＺＯの各基板を準備し、これらの基板を、上記（２）の可視光光触媒を形成する工程と同様の窒化条件で焼成した。その結果、これら全ての基板には焼成後も抵抗値に大きな変化は確認されず、導電性が維持されていた。また、上記３種の基板について、ピーク温度６５０℃で熱処理を実施した場合、ＡＴＯ及びＦＴＯに関しては焼成後も抵抗値に大きな変化は確認されなかったが、ＧＺＯに関しては抵抗値の増加が確認された。これは、本実験条件において焼成雰囲気中に酸素が存在するため、ＧＺＯ基板の抵抗値が増加したものと考えられる。また、窒化温度を７５０℃と想定して上記３種の基板を焼成した場合、いずれの基板においても焼成後には抵抗値の増加が確認された。これらの実験から、第２導電体の表面上に、窒化物及び酸窒化物から選ばれる少なくともいずれか１種を含む可視光光触媒を、アンモニアガスを用いた窒化処理により形成する場合、窒化処理時の温度は５００〜６５０℃の範囲内が望ましいことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本開示の光電極は、太陽光を利用した水分解用の電極として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１００，３１０    光電極
１０１，３１１    第１導電体
１０２    第２導電体
１０２ａ    骨格
１０２ｂ    細孔
１０２ｃ    第２導電体の骨格のうち基準面から最も遠い位置
１０３    可視光光触媒
１０４，３１２    複合体
２０１    基準面
２０２    厚さ決定面
２０３    中心面
２０４    第１導電体側の領域
２０５    第１導電体と反対側の領域
３００，４００    光電気化学セル
３２０    対極
３３０    容器
３３１    光入射部
３３２，３３３    排気口
３３４    給水口
３４０    電解液
３５０    導線
３６０    セパレータ
【図１】
2017155331.tif 000003
【図２】
2017155331.tif 000004
【図３】
2017155331.tif 000005
【図４】
2017155331.tif 000006