JP2002037606A

JP2002037606A - 光触媒を用いた物質変換方法

Info

Publication number: JP2002037606A
Application number: JP2000227405A
Authority: JP
Inventors: Kanji Irie; 寛治入江
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】生成効率が良く、しかも短時間で水素ガスを
生成する方法を提供する。【解決手段】Ａｇ、Ａｕ、及びＰｔから選ばれる１種
あるいは２種の金属成分と、ＴｉＯ_２にて構成されてい
るプラズマ発生電極１にプラズマ発生用電圧を印加して
プラズマＰを発生させ、そのプラズマＰに基づく光を光
触媒２に照射し、その状態で水蒸気を含有した被処理気
体Ｇを光触媒２と接触させることにより、プラズマの分
解作用と光触媒の触媒作用により、水蒸気を水素ガスに
変換することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ及び光触媒
による物質変換方法に関し、特に水蒸気を含む混合気体
から水素ガスを生成する物質変換方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマを使用した数々の物質変
換方法が行われている。なかでも、地球環境問題の観点
から、自動車の排気ガスなどに含まれるＮＯｘやＳＯｘ
を分解除去する方法等が広く行われている。

【０００３】また、エネルギー資源としての水素ガス
が、その無尽蔵な資源や、燃焼させても水に戻るだけで
汚染物質が発生しない等の特質を有しているため、近年
特に注目を集めている。得られた水素ガスは、例えば燃
料電池の燃料として電力を供給したり、ロケットエンジ
ンの燃料に使用されたりするなど用途は多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、水素ガスの生成
方法としては、水を電気分解する方法や、複数の熱化学
反応を組み合わせて、反応物質を循環使用しながら水か
ら分解する熱化学反応法などが知られている。しかしな
がら、上記の電気分解や熱化学反応法では、水素の製造
コストが高くなるという問題がある。さらに、熱化学反
応法では、原料に主として石油を使用するので、水素ガ
スの製造に伴ってＣＯやＣＯ_２等の有害物質が発生す
る。汚染物質が発生しないようにするためには、石油に
含まれる炭素やイオウを取り除く必要があり、その製造
工程が増え短時間で水素ガスを製造できないという問題
もある。

【０００５】そこで、特開平１１−２７８８０２号公報
には、プラズマ反応と触媒金属を用いた触媒作用とによ
り、水素ガスを発生させる方法が開示されている。しか
し、この方法では、プラズマ反応と金属触媒反応とを単
に組み合わせているに過ぎず、相乗的な付加効果があま
り期待できない欠点がある。また、水素発生に限らず、
他のプラズマ利用反応技術も、単にプラズマの高温を利
用するのみで、プラズマの有する特有の機能、例えばプ
ラズマ反応後の活性な中間物質状態やプラズマの発光
を、反応系の全体を考慮して有効活用しようとする思想
は全くなかった。

【０００６】本発明の課題は、プラズマ反応や発光をよ
り積極活用して、低コストで効率良く水素ガスを生成す
る、あるいは他の物質変換に応用する物質変換方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明の光触媒を用いた物質変換方
法の第一は、プラズマ発生電極にプラズマ発生用電圧を
印加してプラズマを発生させ、そのプラズマに基づく光
を光触媒に照射し、その状態で水蒸気を含有した被処理
気体を光触媒と接触させることにより、水蒸気を水素ガ
スに変換することを特徴とする。

【０００８】上記本発明によると、プラズマ発生電極に
プラズマ発生用電圧を印加し、プラズマを発生させ、そ
のプラズマ中に水蒸気を含有した被処理気体を導入する
ことにより、導入された水蒸気の分解を促進し、水蒸気
から水素ガスを効率的に発生させることができる。機構
としては、プラズマ発光に基づく光が光触媒に照射さ
れ、その状態で水蒸気を含む被処理気体を接触させるこ
とによって、光触媒反応が促進されることが考えられ
る。また、プラズマの発生熱により、導入された水蒸気
が熱的にも励起され、光触媒による光触媒反応が一層効
率良く促進される機構も推測される。いずれにしろ、こ
れまであまり積極活用されていなかったプラズマ発光を
光触媒の励起に使用することで、無尽蔵に存在する水資
源から、クリーンなエネルギー資源である水素ガスを効
果的に発生させることが可能となり、将来のエネルギー
問題あるいは環境問題の解決に大いに寄与することがで
きる。

【０００９】また、プラズマは、プラズマ発生電極にプ
ラズマ発振用の高周波を印加するのみで簡単に発生させ
ることができ、プラズマを発生させるための消費電力も
１００Ｗ以下とそれほど大きくならないので、生成コス
トも軽減される。さらに、上記の方法を実施するための
装置の要部はプラズマ発生部と光触媒保持部さえ含んで
いれば良いから簡便であり、設置等も容易に行える。ま
た、プラズマの発生に伴ってプラズマ発光が起こるが、
本発明においては、そのプラズマ発光に基づく光を光触
媒に照射することによって、光触媒の光触媒反応が促進
するようにしているので、プラズマ発光によるエネルギ
ーの消費が光触媒反応のエネルギーとして使用されるた
めエネルギー効率をさらに向上できる利点がある。

【００１０】プラズマ発生電極としては、プラズマを発
生させる電極面の少なくとも一部に、光触媒を保持させ
た光触媒保持領域を形成したものを使用し、その光触媒
保持領域と接する反応空間にプラズマを発生させつつ、
ここに被処理気体を供給することができる。プラズマ発
生電極として、プラズマを発生させる電極面の少なくと
も一部に、光触媒を保持させた光触媒保持領域を形成し
たものを使用することによって、プラズマ発生電極はプ
ラズマを発生させるとともに、その一部が光触媒保持領
域として光触媒反応に寄与することになり、装置の簡略
化及び装置の小型化が可能となる。また、光触媒保持領
域がプラズマを発生させる電極面に形成されることによ
って、プラズマが発生する空間と、光触媒反応が行われ
る空間とが接することになるため、プラズマによって熱
励起された水蒸気は直ちに光触媒に接触する。さらに、
プラズマの光がほとんど減衰せずに光触媒に照射される
こと、プラズマ発熱により触媒を熱的に励起する効果も
期待できることなどから、光触媒反応を一層効率良く進
行させることができる。

【００１１】本発明においては、プラズマ発生電極の周
囲に、プラズマ形成媒体をなすとともに光触媒の励起波
長に対応したプラズマ発光波長を有するプラズマ媒体気
体を供給することが、光触媒の励起を促進する上で望ま
しい。この場合、プラズマ媒体気体は被処理気体に含ま
れるものであってもよいし、被処理気体とは別に供給さ
れるものであってもいずれでもよい。

【００１２】次に、本発明の光触媒を用いた物質変換方
法の第二は、プラズマ発生電極として、プラズマを発生
させる電極面の少なくとも一部が、前記光触媒を保持す
る光触媒保持領域とされたものを使用し、その光触媒保
持領域と接する第一反応空間に前記プラズマを発生させ
つつ、被処理気体を当該第一反応空間に導くことによ
り、該被処理気体の物質の少なくとも一部を他の物質に
変換する第一の物質の変換反応を生じさせる第一反応処
理工程と、該第一反応処理工程が終了した被処理気体
（以下、処理済被処理気体という）を、前記第一反応空
間とは別に設定された第二反応空間内に導き、該第二反
応空間内に又は該第二反応空間と接して配置された光触
媒からなる補助触媒部に対し、前記処理済被処理気体を
光照射しつつ接触させることにより、当該処理済被処理
気体中の物質の少なくとも一部を他の物質に変換する第
二の物質変換反応を生じさせる第二反応処理工程と、を
含むことを特徴とする。

【００１３】上記本発明の第二によれば、第一反応空間
内のプラズマ内に被処理気体を導入することで、被処理
気体中の物質をプラズマにより著しく活性化でき、かつ
プラズマ発生電極に保持された光触媒に接触させること
で被処理気体中の物質の光触媒反応による変換を効果的
に進行させることができる。そして、その著しく活性化
された状態の被処理気体を、次の第二反応空間に導いて
光を照射しつつさらに別の光触媒と接触させることによ
り、被処理気体中の物質変換反応を極めて効率的に進行
させることができる。

【００１４】本発明の方法の第二においては、第一の物
質変換反応と第二の物質変換反応とが同一であっても互
いに異なっていても、いずれでも良い。たとえば、第一
の物質変換反応により、主に被処理物質に含有されてい
る有害物質の分解（除去）を促進し、第二の物質変換反
応で、主にその処理済被処理気体に含まれる物質を他の
目的物質に変換し、これを回収する方式を例示できる
（もちろん逆でもよい）。また、第一の物質変換反応と
第二の物質変換反応とを同一の反応として、第一反応処
理工程と第二反応処理工程とにより、その同一の反応を
段階的に進行させる方式も可能である。

【００１５】さらに、第一反応処理工程における光触媒
と第二反応処理工程における光触媒とは、同一種類のも
のを用いてもよいし、目的に応じて種類の異なるものを
使用してもよい。例えば、第一反応処理工程と第二反応
処理工程とで互いに異なる物質変換反応を促進したい場
合、第一反応処理工程にて使用する光触媒（以下、第一
光触媒という）と第二反応処理工程にて使用する光触媒
（以下、第二光触媒という）とで、目的となる物質変換
反応にそれぞれ適合したものを使用することにより、各
々の反応を一層効率的に進行させることができる。特
に、第一光触媒及び第二光触媒として、各々第一反応処
理工程での反応と第二反応処理工程での反応とに対する
選択性を有するものを使用すればさらに効果的であり、
例えば各反応空間で主体となるべき反応に対して、他方
の各反応空間で主体となるべき反応が競合して反応効率
が低下するといった不具合も生じにくくすることができ
る。具体的には、第一光触媒及び第二光触媒として、上
記のような選択性が生ずるように、励起波長体の互いに
異なる光触媒を使用することができる。

【００１６】なお、第二反応処理工程を、第一反応処理
工程と同様に、プラズマ発生電極として、プラズマを発
生させる電極面の少なくとも一部が前記光触媒を保持す
る光触媒保持領域とされたものを使用し、その光触媒保
持領域と接する第二反応空間に前記プラズマを発生させ
つつ、処理済被処理気体を当該第二反応空間に導くこと
により、該被処理気体の物質の少なくとも一部を他の物
質に変換する形で行うことができる。この場合、この第
二反応処理工程を新たに第一反応処理工程と見直すこと
で、その後別の反応処理工程を第二反応処理工程として
これに続く形で行うことができる。このようにして、３
以上の反応処理工程を逐次的に実施することも可能であ
る。

【００１７】また、本発明の光触媒を用いた物質変換方
法の第二は、前記本発明の第一と組み合わせて実施する
ことが可能である。具体的には、第一反応処理工程及び
第二反応処理工程の少なくとも一方で、水蒸気を含有し
た被処理気体を前述の光触媒と接触させることにより、
水蒸気を水素ガスに変換するとすることができる。

【００１８】第二反応空間及び前記補助触媒部は、第一
反応空間にて発生するプラズマ光の照射を受けるように
配置するようにすることができる。このようにすること
で、第一反応空間内にて発生したプラズマに基づく光が
第一反応工程における光触媒の励起に使用されるばかり
でなく、第二反応工程における補助触媒部の励起にも兼
用されるので、装置の単純化及び小型化に寄与できる。

【００１９】具体的には、被処理気体が所定の流路に沿
って供給され、その流路上の所定位置に第一反応空間を
設定し、それよりも下流側に第二反応空間を設定するこ
とができる。これにより、第一反応処理工程と第二反応
処理工程とを効率的かつ合理的に行うことができる。

【００２０】この場合、第一反応空間と第二反応空間と
が隔壁部を介して隣接するように形成し、第一反応空間
から流出する処理済被処理気体は、隔壁部に形成された
気体流通部を経て第二反応空間へ導くことができる。ま
た、第一反応空間にプラズマを発生させるプラズマ発生
電極対の一方をなすとともに、電極面の少なくとも一部
に、光触媒を保持させた光触媒保持領域を形成した第一
電極を第一反応空間内に配置する一方、隔壁部には、そ
の第一電極との間でプラズマ発生電圧が印加される第二
電極を配置することができる。そして、第二電極を透光
性、あるいは多孔質形状（ただし、多孔質形状も広義に
は透光性を有すると解釈することもできる）に構成して
プラズマの光を第二反応空間内に漏出させることを許容
するとともに、第二反応空間に面する少なくとも表層部
に、補助触媒部をなす光触媒を保持し、第二反応空間側
に漏出するプラズマの光をその光触媒に照射することが
できる。

【００２１】第一反応空間と第二反応空間とが隔壁部を
介して、隣接するように形成されることで、第一反応空
間において処理が終了した処理済被処理気体を容易に即
座に第二反応空間に導入することが可能となる。また、
第一反応空間と第二反応空間とが隔壁部にて隔離されて
いることで、気体流通部以外の場所にて各空間内の気体
に望まざる混合が生ずる不具合を防止できる。さらに、
第二電極が透光性に構成されていることにより、第一反
応空間内にて発生したプラズマ発光に基づく光が、隔壁
部に保持された第二電極を透過することによって第二反
応空間に漏出し、これが第二電極の第二反応空間に面す
る表層部に保持された補助触媒部に照射されるので、第
一反応空間内にて発生したプラズマと第二電極上の補助
触媒部との距離を可及的に接近させることができ、同じ
プラズマの光を用いつつ、補助触媒部への光照射効率を
高めて反応を一層促進することができる。

【００２２】隔壁部は絶縁性かつ透光性を有する材料に
て形成することができ、第二電極をその隔壁部の第二反
応空間に面する側の表面に保持し、第一電極との間で、
高周波電圧を印加することにより、プラズマ発光させる
ことができる。隔壁部をガラスのような透光性を有して
さらに絶縁性を有する材質にて構成することにより、第
二電極の配置位置にて第一反応空間と第二反応空間とを
隔絶した状態を維持しつつ、高周波印加により第一反応
空間内にプラズマを容易に発生させることができる。

【００２３】次に、第二電極は、連通気孔が透光部とし
て機能する多孔質電極にて形成されているのが良い。第
二電極をこのように構成することによって、隔壁部を透
過したプラズマの光を、第二電極の表層部に保持された
補助触媒部に容易に照射することができる。また、第二
電極を多孔質電極とすることで、補助触媒部を保持した
第二電極の比表面積を増大させることができ、第二反応
処理工程における光触媒反応の効率を向上させることに
もつながる。

【００２４】より具体的には、隔壁部を内筒部材として
構成し、その内側に第一反応空間を形成する。そして、
第二反応空間をその内筒部材の外側に配置される外筒部
材の内面と、内筒部材の外面との隙間空間に形成すると
ともに、第一電極を内筒部材の軸線方向に挿入される棒
状に形成し、第二電極はその棒状の第一電極を取り囲む
形態で内筒部材の周方向に帯状に配置することができ
る。第二反応空間が第一反応空間の外側に取り囲むよう
に形成されるため、第一反応空間に発生するプラズマの
光を、これを取り囲む第二電極の全面に均一に照射する
ことができるので、第二反応処理工程での光触媒反応を
一層効率的に進行させることができる。

【００２５】上記本発明の第二においては、被処理気体
中の原料物質を第一反応処理工程にて目的物質に変換す
るとともに、第一反応処理工程にて変換されなかった残
余の原料物質の少なくとも一部を第二反応処理工程にお
いて補完的に目的物質に変換するとすることができる。
このようにすることで、被処理気体中の原料物質の目的
物質への変換効率を大幅に高めることができる。例え
ば、原料ガス（原料物質）を水蒸気とするとともに、第
一反応処理工程の目的物質を水素ガス、第二反応処理工
程の目的物質を同様に水素ガスとすることで、より効率
的に水素ガスを生成することが可能となる。

【００２６】また、上記本発明においては、光触媒を水
中に配し、その光触媒に光を照射することによって水蒸
気と水素ガスとを含有した混合気体を生成するととも
に、その混合気体を被処理気体として使用することがで
きる。これによると、まず光触媒反応によって水から水
素ガスを発生させ、さらに発生した水素ガスと水蒸気と
の混合気体を被処理気体として生成する。そして、プラ
ズマ発生電極にプラズマ発生用電圧を印加してプラズマ
を発生させ、そのプラズマに基づく光を光触媒に照射
し、その状態で上記の被処理気体を前記光触媒と接触さ
せることにより、水素ガスの発生効率を一層高めること
ができる。なお、本発明の第二のような複数段階の反応
処理工程を実施することで、その効果をさらに高めるこ
とができる。なお、光触媒として可視光励起可能なもの
を使用すれば、水中の光触媒への照射光を、太陽光や電
灯などからの可視光により水素ガス発生のための光触媒
反応を促進することができる。

【００２７】なお、本発明の方法により発生した水素ガ
スは、例えばＬａＮｉ_５等の水素吸蔵合金を用いた貯蔵
モジュールを用いて貯蔵しておくことが可能である。

【００２８】また、本発明の物質変換方法は、メタンガ
スと水蒸気とを含有した混合気体を被処理気体として使
用すれば、目的物質として水素ガスと炭酸ガスにこれを
変換することができる。例えば、し尿や有機汚泥あるい
は生ゴミ等の集積場、さらには自動車の排気ガスなどで
は多量のメタンガスが発生するので、メタンガスから水
素を効率的に発生させる方法が、環境対策、あるいは水
素ガスの発生量の観点から望まれている。

【００２９】メタンガスから水素ガスを生成するための
触媒反応としては、いくつか考えられ、例えばＣＨ_４＋
ＣＯ_２→２Ｈ_２＋２ＣＯの反応（以下、（１）の反応と
いう）やあるいはＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯの反応
（以下、（２）の反応という）等が考えられる。しかし
ながら、これらの反応においては一酸化炭素が発生する
ため、ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２の反応（以下、
（３）の反応という）により、一酸化炭素を除去する必
要があったり、上記（１）及び（２）の反応は吸熱反応
であるので、触媒反応を促進するのに試料及び触媒保持
体を高温に設定しておく必要があった。そのため、水素
ガス生成装置には（３）の反応を行う変成器及び触媒保
持体を高温に設定するためのヒータ等が必要となり、装
置が大型化せざるを得なかった。

【００３０】しかしながら、本発明の物質変換方法によ
ると、メタンガスと水蒸気の混合ガスを被処理気体とし
てこれをプラズマ中に供給し、そのプラズマ発光に基づ
く光を光触媒に照射して、その状態で被処理気体を光触
媒に接触させることにより、光触媒を高温に設定するこ
ともなく、上記の（２）及び（３）の反応を同時に促進
することができる。そのため光触媒を熱するヒータや変
成器などが不要となり装置の小型化が可能となる。さら
に触媒として光触媒を用いるとともに、プラズマ発光に
基づく光を光触媒に照射し、その状態で被処理物質を光
触媒に接触させるようにしたので、プラズマ発光のエネ
ルギーを、上記（２）及び（３）の反応エネルギーとし
て有効に活用することができ、エネルギー効率も改善で
きる。

【００３１】さらに、上記のメタンガス及び水蒸気から
水素ガスを発生させる方法において、前述の第一反応処
理工程及び第二反応処理工程にて補完的に水素ガスを生
成する方法を採用すれば、さらに有効である。つまり第
一反応処理工程において（２）及び（３）の反応が同時
に行われると、水素ガスが発生するとともに、ＣＯもＣ
Ｏ_２に変成されることとなるが、すべての被処理気体が
反応を起こすわけではなく、処理済みの気体には変換さ
れなかった被処理気体も存在していると考えられる。そ
こで、第一反応処理工程にて処理された処理済被処理気
体を第二反応空間に導入し、第二反応処理工程を行うこ
とによって、上記（２）及び（３）の反応が触媒作用に
より促進され、より多くの水素ガスが得られるととも
に、より多くのＣＯを除去することが可能となる。ま
た、第二反応処理工程にて処理された処理済気体から水
素ガスとＣＯ_２を水素分離膜などにより分離し、残余の
物質に水蒸気を混合するとともに、得られた混合気体を
上記方法の被処理気体として再度上記方法を行えば、よ
り効果的である。

【００３２】次に、本発明に使用されるプラズマ発生電
極は、光触媒性粒子の少なくとも一部が電極面に露出す
るように、光触媒性粒子がプラズマ発生電極の、少なく
とも電極面を含む表層部に分散される形態で含有されて
いるのが良い。このような形態を採用することによっ
て、光触媒性粒子が被処理気体と、より効率良く接触す
るようにプラズマ発生電極に保持されることになる。ま
た、プラズマ発生電極は、光触媒性粒子が後述する酸化
チタン等の酸化物光触媒粒子として含有され、かつＡ
ｕ，Ａｇ及びＰｔの１種又は２種以上を主成分とする金
属と組み合わせる形にて構成されているものを使用でき
る。酸化チタンはアナターゼとルチルの割合が４：６で
あるものが良い。これらの光触媒はプラズマにより格子
欠損が生じて、さらに光触媒性が増すという利点があ
る。プラズマ発生電極に用いる金属及び光触媒性粒子
を、上記のようにすれば、光触媒の触媒活性が高めら
れ、物質変換をより効率的に進行させることができる。
なお、本明細書において「主成分」とは、最も重量含有
率の高い成分のことをいう（「主体に」及び「主に」も
同様）。また、本発明の第二を、水蒸気から水素ガスを
生成する物質変換に適用する場合には、第二電極は、第
一電極よりも酸化物光触媒粒子の含有率の高いものを使
用するのが良い。このようにすることによって、第二反
応処理工程での光触媒反応がより促進され、より効率の
良い水素ガスの生成を行うことができる。

【００３３】また上記の酸化物光触媒粒子は、酸化物光
触媒のカチオンとなる光触媒性金属カチオン元素と、光
触媒性金属カチオン元素よりも酸化傾向の小さい金属と
の合金中の光触媒性金属カチオン元素を選択酸化するこ
とによって形成されたものとすることができる。光触媒
性金属カチオン元素としては、チタン、亜鉛、錫、スト
ロンチウム、タングステン、等があげられる。これら光
触媒性金属カチオン元素を酸化させることにより酸化物
光触媒粒子が得られるが、これら酸化物光触媒粒子は電
極中に分散的に含有されている必要がある。そこで、光
触媒性金属カチオン元素とそれよりも酸化傾向の小さい
元素との合金を、光触媒性金属カチオン元素を酸化させ
るには十分であるが、合金を構成している他の元素を酸
化させるには不充分な酸化性の雰囲気下にて熱処理し、
光触媒性金属カチオン元素のみを選択酸化して、電極中
に分散的に酸化物光触媒性粒子を生成させることによ
り、上記課題を解決することができる。

【００３４】酸化物光触媒粒子は酸化チタン系光触媒を
主体に構成することができる。これにより、光触媒反応
効率をさらに高めることができる。特に、酸化チタン系
光触媒の中でも二酸化チタンは、光触媒活性が高く、物
質変換を促進する効果に優れている。なお、二酸化チタ
ンの化学量論組成はＴｉＯ_２であるが、酸素欠陥により
化学量論式が酸素不足側へ若干ずれることもありえる。
また、本発明の二酸化チタンは低温安定型のアナターゼ
型結晶構造のものが触媒活性にも優れているので本発明
に好適に使用することができるが、ルチル型結晶構造の
ものが一部含まれていてもかまわない。上記の二酸化チ
タン系光触媒の光励起を促進するためには、波長帯が２
００〜８００ｎｍの可視光あるいは紫外線を照射するこ
とが望ましい。波長が２００ｎｍ以下の波長はプラズマ
により発生させることが困難であり、８００ｎｍを超え
ると、酸化チタン系光触媒の光励起が困難となる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
の図面を用いて説明する。図１は本発明の第一の構成例
である水蒸気から水素ガスを生成する物質変換方法に基
づく物質変換装置の一例を概念的に示すものである。こ
の物質変換装置５０では、プラズマ発生電極１，１にプ
ラズマ発生用高周波電源３によりプラズマ発生用高周波
電圧を印加してプラズマＰを発生させるとともに、その
プラズマＰに基づく光を光触媒２に照射する。そして、
その状態で少なくとも水蒸気を含む被処理気体Ｇを光触
媒に接触させることにより目的物質である水素ガスを発
生させることができる。

【００３６】プラズマ発生電極１，１の間に被処理気体
Ｇを導入するための被処理気体導入口４と、発生した水
素ガスを含有する処理済気体を排気するための排気口５
とが備えられた気体導入空間形成体１５内部において、
プラズマ発生電極１，１の間にプラズマＰを発生させ
て、その状態でプラズマ発生電極１，１間に被処理気体
Ｇを流通させるようになっている。

【００３７】被処理気体Ｇは、乾燥空気を水分発生器６
に導入することによって、目的の絶対湿度に水分量を調
整した空気（すなわち、水蒸気を含有する空気）であ
る。絶対湿度の調整は、気体の流れを２分し、一方を乾
燥させて乾燥空気とし、他方は水分を加え飽和湿り空気
とし、両者の混合比を調節することで目的の湿度を得る
分流法を採用している。

【００３８】次に、プラズマ発生電極１、１は、プラズ
マＰを発生させる電極面の少なくとも一部、本実施例で
は対向する電極面の全面にわたって、光触媒２（ここで
は二酸化チタンを主体とする酸化チタン系光触媒）を保
持させた光触媒保持領域となっている。このようなプラ
ズマ発生電極１，１は、例えばチタンとチタンよりも酸
化傾向の小さい金属（例えばＡｇ、Ａｕ、及びＰｔ）と
の合金からなる電極基板中のチタンを酸化させることに
より、光触媒性の二酸化チタン、例えばアナターゼ型二
酸化チタンを形成することにより得ることができる。こ
のとき電極基板中のチタンの含有量は、０．１〜３０重
量％の範囲に設定するのが良い。チタン量が０．１重量
％未満のときは、二酸化チタンの含有量が不充分とな
り、光触媒作用による効果が十分に得られない。また、
３０重量％を超えると電極の導電性が損なわれ、プラズ
マ発生に支障をきたす場合がある。

【００３９】図２（ａ）に、上記の方法（内部酸化法）
によって得られた電極の模式図を示す。内部酸化法によ
れば、図２（ａ）に示すように、電極基板中に光触媒性
粒子２０が形成される。この光触媒性粒子２０は、例え
ば、二酸化チタン等の酸化物光触媒粒子である。なお、
電極の表層部に位置する光触媒性粒子２０を電極表面に
露出させるために、他の電極構成を採用することも可能
である。例えば、電極基材となる金属粉末に光触媒性粒
子２０を混合して成形し、これを焼結する方法を採用す
ることもできる。

【００４０】また、光触媒は、例えば溶射法、ゾルゲル
法、あるいは高周波スパッタリングやイオンプレーティ
ングなどの気相成膜法等の方法によって、図２（ｂ）に
示すように、電極基材の表面に形成するようにしても良
い。

【００４１】以上のようにして形成されたプラズマ発生
電極１，１の対向電極面には、図４に示すように、光触
媒保持領域１０が形成されており、図１のプラズマ発生
電極にプラズマ発生用高周波電圧を印加しプラズマＰを
発生させるとともに、そのプラズマ発光に基づく光を前
述の光触媒保持領域１０に保持された光触媒性粒子２０
に照射し、その状態で水蒸気を含有する混合気を光触媒
性粒子２０に接触させれば、プラズマＰの放電及び光触
媒性粒子２０の光触媒作用により水素ガスが発生する
（図４）。発生した水素ガスは、排気口５を通過し、水
素分離膜７で他の物質と分離された後、水素吸蔵合金モ
ジュール８に吸蔵される。吸蔵された水素は、加熱ある
いは減圧により水素吸蔵合金モジュール８から脱蔵さ
れ、使用に供することができる。

【００４２】図５は、上記水素ガス生成装置の形態の一
例を示すものである。この水素ガス生成装置４０は対向
配置した筒状の中心電極４２と、その中心電極４２の周
りをリング状に取り囲んでいる帯状電極４３を備え、中
心電極４２は帯状電極４３の内側にほぼ同軸的に固定さ
れている（すなわち、電極４２、４３が図１の電極１，
１に相当する）。電極４２は、例えば図８（ａ）に示す
ように、Ａｇ系金属の電極基板に光触媒性粒子として二
酸化チタン系の光触媒性粒子２０が、電極の表層部の少
なくとも一部に、その一部が露出する形態にて分散的に
含有されているものを使用する。また、中心電極４２と
帯状電極４３とには、図１のプラズマ発生用高周波電源
３が接続され、帯状電極４３を支持する外筒部材４４
（図１の気体導入空間形成体１５である）の両端にそれ
ぞれ、被処理気体導入口４と、排気口５とが形成されて
いる。

【００４３】上記中心電極４２は、前述の内部酸化法に
よって作製されたものが好適に使用することができる。
具体的には、Ａｇ（Ａｇ合金でもよい）にＴｉを０．３
〜３０原子％添加し、アルゴン雰囲気下で、１５００℃
にて溶解し、インゴットを作製後、圧延と焼鈍を繰り返
し２ｍｍの厚さの板状試料を作製する。この試料を１気
圧のアルゴン中で１０５０℃にて１〜２時間の熱処理を
行い、その後、純酸素１〜１０気圧中で、５００〜６０
０℃にて８〜１２時間保持する。このように作製された
電極材は、図８（ａ）に示すように、Ａｇマトリックス
中に光触媒性の酸化チタン微粒子（例えばアナターゼ型
二酸化チタン（ＴｉＯ_２）微粒子）が分散的に形成され
たものとなる。また、金属としてはＡｇの他にＡｕある
いはＰｔ（いずれも合金を含む）などが好適に使用する
ことができる。

【００４４】上記のような水素ガス生成装置４０におい
て、中心電極４２と帯状電極４３との間にプラズマ発生
用高周波電源３による高周波電圧を印加すると、中心電
極４２の外周面と帯状電極４３の内周面（これらが対向
電極である）との間で、かつ外筒部材４４の内部でプラ
ズマＰが発生する。この状態において、被処理気体導入
口４より水分発生器４１により湿度を調整された空気を
送給すると、プラズマＰの発光に基づく光によって中心
電極４２の外周面上で光触媒性粒子２０の働きにより、
光触媒反応が効率良く進行することになり、水蒸気の生
成が促進することとなる。

【００４５】以上のようにして得られた水素ガスを含む
処理済気体Ｇは、排出口５を介して排出され、水素分離
膜４５に送給される。水素分離膜４５に送られた処理済
気体は水素ガスと水素ガスでないものに分離され、水素
ガスでないものは不要物として排出されるとともに、水
素ガスは水素吸蔵合金モジュール４６に吸着されること
となる。

【００４６】図６は本発明の第二に係る物質変換方法を
実施する物質変換装置の一例を模式的に示したものであ
る（ただし、本発明はこれに限定されるものではな
い）。物質変換装置３０（以下、二重管構造型物質変換
装置３０ともいう）は、対向したプラズマ発生電極の一
方である第一電極としての中心電極３２と、プラズマ発
生電極の他方である第二電極としての帯状電極３３を備
えるとともに、第一反応空間７２を形成する隔壁部とし
てのガラス管３４と、第二反応空間７３を形成する第二
反応空間形成体３５及び、第一反応空間７２と第二反応
空間７３とをつなぐ気体流通部３８とを有している。さ
らに、第一反応空間７２には被処理気体導入口３６が、
第二反応空間７３には排気口３７がそれぞれ連通されて
いる。

【００４７】中心電極３２と帯状電極３３は、ほぼ同軸
的に配置されるとともに、図１のプラズマ発生用高周波
電源３が接続されている。中心電極３２は、例えばＡｇ
系金属からなる電極基板に光触媒性粒子２０として二酸
化チタン系光触媒が分散的に含有されているもの（前述
の内部酸化法によって作製されたもの）を使用してい
る。他方、帯状電極３３は、例えば二酸化チタンを主成
分とする、補助触媒部としての二酸化チタン系光触媒に
ＡｇあるいはＡｕ，Ｐｔ等の補助金属成分を担持させた
粒子を焼結したものが使用されている。ここで、電極に
含有されている光触媒性粒子の割合は、中心電極３２よ
りも帯状電極３３のほうが高く設定されている。

【００４８】中心電極３２は前述の内部酸化法により作
製されたものが好適に使用できる。また、帯状電極３３
は、図８（ｂ）に示すように、銀鏡反応により二酸化チ
タン粒子の表面に金属Ａｇを析出させた複合粉末を電極
形状に成型し、焼結することにより作成することができ
る。あるいは溶射法ににより、前記複合粉末をＳＵＳメ
ッシュ等の金属に吹き付けることにより電極を形成した
り、あるいは銀ペーストに二酸化チタン粒子を混合し
て、ＳＵＳメッシュ等の金属にコーティングし、焼結さ
せることによって電極を形成したりすることができる。

【００４９】図６に戻り、上記のような二重管構造型物
質変換装置３０において、中心電極３２と帯状電極３３
との間にプラズマ発生用高周波電源３により高周波電圧
を印加すると、中心電極３２の外周面と帯状電極３３の
内周面（対向電極）との間で、かつ隔壁部としてのガラ
ス管３４を介し、第一反応空間７２の内部にプラズマＰ
が発生する。この状態において、被処理気体導入口３６
から被処理気体Ｇとして水蒸気を含有した混合気体を第
一反応空間７２内に送給すると、プラズマＰによる水分
子の励起と、中心電極３２に含有されている光触媒性粒
子２０（ここでは二酸化チタン粒子）のプラズマ発光に
基づく光による光触媒作用とにより、目的物質である水
素ガスが生成される（第一反応処理工程）。

【００５０】上記第一反応処理工程において、第一反応
空間７２内で処理された処理済被処理気体は、気体流通
部３８を通して第二反応空間７３内に導入される。この
とき処理済被処理気体は、第一反応処理工程において反
応し、変換された物質（本実施例では水素ガス及び酸素
ガス）と、第一反応処理工程において反応せず、変換さ
れなかった物質（本実施例では水蒸気）を含んでいる。
第二反応空間７３には、補助光触媒部を備えた帯状電極
３３が配置されており、第一反応空間７２内で発生した
プラズマの光がガラス管３４を透過し、帯状電極３３に
保持された光触媒性粒子２０に照射される。

【００５１】帯状電極３３は多孔質、例えば図３（ｂ）
に示すメッシュ形状の電極として形成されており、その
透光部５５により第一反応空間７２からの光が第二反応
空間７３に漏出し、帯状電極３３の表層部に保持された
光触媒性粒子２０である二酸化チタンにこの光が照射さ
れる。そして、その状態で、第二反応空間７３に導入さ
れた処理済被処理気体を、帯状電極３３に接触させる
と、帯状電極３３の光触媒作用（図４に示す）により、
第一反応処理工程において反応しきれなかった水蒸気が
水素ガスに変換され、より高効率に水素ガスを生成する
ことができる（第二反応処理工程）。

【００５２】図７（ａ）は、上記二重管構造型物質変換
装置３０のより具体的な形態を示す斜視図であり、
（ｂ）は半径方向の断面図（ｂ）である。中心電極３２
と、隔壁部としてのガラス管３４と、帯状電極３３、及
び第二反応空間形成体３５が略同軸的に固定されてい
る。また図７（ｂ）に示すように、プラズマＰは中心電
極３２と隔壁部３４との隙間空間に発生し、プラズマ発
光に基づく光は中心電極３２を中心に放射状に照射さ
れ、隔壁部３４を透過し、第二反応空間７３内に設置さ
れた帯状電極３３に保持された光触媒性粒子２０（ここ
では、二酸化チタン系光触媒性粒子）に照射されること
になる。

【００５３】なお、第二反応処理工程において処理され
た処理済みの物質を、さらに被処理気体Ｇとして、上述
の工程の第一反応処理工程を再度行い、より多くの水素
ガスを得ることもできる。また、帯状電極３３の形状は
透光性を有する電極であればメッシュ形状に限定される
ものではない。例えば図３（ａ）のようなストライプ形
状であっても良い。また本実施例では、被処理気体Ｇを
水蒸気を含有する混合気体とし、得られる目的物質を水
素ガスとしたが、本発明の第二の物質変換方法は、以上
の用途に限定されるものではなく、他の物質の変換にお
いても同様に実施することができる。

【００５４】次に、上記水蒸気から水素ガスを生成する
物質変換方法においては、図９のような工程を追加して
行っても良い。まず、可視光型光触媒７０を水中に入
れ、光源７１により可視光線を照射する。可視光線が可
視光型光触媒７０に照射されると、可視光型光触媒７０
の光触媒作用により水が変換され水素ガスが発生する。
このように発生した水素ガス及び、水から蒸発した水蒸
気を被処理気体導入管３６を介して、前述の二重管構造
型物質変換装置３０に導入する。そして、二重管構造型
物質変換装置３０により前述のように水素ガスの生成工
程を行う。第一反応空間７２においてはプラズマ及び光
触媒作用により水素ガスを生成し、第二反応空間７３に
おいては光触媒作用により第一反応空間７２で反応しな
かった被処理物質から水素ガスを生成する。このような
工程を行えば、さらに水素ガスを発生させる工程が増加
し、より効果的に水素ガスの生成を行うことができる。

【００５５】図１０は、本発明の物質変換方法によっ
て、メタンガス及び水蒸気の混合ガスから水素ガスを生
成し、その得られた水素ガスを燃料とする燃料電池の模
式図を示したものである。その概略を以下に示す。ま
ず、被処理気体Ｇをメタンガス及び水蒸気の混合気体と
し、その混合気体を前述の二重管構造型物質変換装置３
０に被処理気体導入口３６を介して導入する。二重管構
造型物質転換装置３０内の第一反応空間７２においてメ
タンガス及び水蒸気の混合ガスは、プラズマ及び光触媒
作用によりＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ（前述の
（２）の反応）の反応を起こすと考えられる。その結果
水素ガスとＣＯが発生するが、ここでＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ
_２＋ＣＯ_２（前述の（３）の反応）の反応が同時に進行
することによってＣＯはＣＯ_２に即座に変換されるもの
と考えられる。さらにこれらの処理済被処理物質は第二
反応空間７３に導入され、第一反応空間７２にて反応し
きらなかったＨ_２Ｏ及びＣＯが、光触媒作用によって上
記（２）及び（３）の反応を起こし、水素ガス及びＣＯ
_２に変換されると考えられる。生成された水素ガスとＣ
Ｏ_２の混合気体は水素分離膜７に送給される。そして水
素分離膜７にて分離された水素ガス及びＣＯ_２は、ＣＯ
_２は不要ガスとして排出され、水素ガスは、水素−酸素
型の燃料電池６０に送られる。

【００５６】燃料電池６０は、燃料ガス室６１と、酸化
剤ガス室６２と、燃料極６３と、酸素極６４、及び電解
液収容部６５とからなる。燃料極６３及び酸素極６４と
は、例えば多孔性炭素板に白金を触媒として付与し、孔
壁をフッ素樹脂などで撥水処理したものを使用できる。
また燃料極６３と酸素極６４の間の電解液収容部６５に
は、電解液としてＨ_２ＳＯ_４水溶液を満たすとともに、
燃料ガス室６１には上記方法により得られた水素ガスを
導入し、酸化剤ガス室６２にはＯ_２をそれぞれ供給す
る。このとき両方の電極を結線すれば、両方の電極の白
金および炭素の触媒作用により、燃料極６３（負極）で
はＨ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻、酸素極６４（正極）では１／
２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏの反応が起こり、燃料
極６３（負極）から外部回路を通り酸素極６４（正極）
に電子が流れ、正極から負極へと電流が流れることにな
る。

【００５７】

【実験例】本発明の効果を調べるために以下の実験を行
った。（実験例１）本発明の第一の構成例である水蒸気から水
素ガスを生成する物質変換方法において、図５に示す物
質変換装置４０（プラズマ発生電極である中心電極４２
と帯状電極４３の対向距離は４ｍｍである）を用い、水
素ガスの生成を行った。まず、湿度校正器に空気を導入
し、空気を目的の湿度に調節したのち、物質変換装置４
０に湿度調整した空気を送給し、プラズマ発生電極に高
周波電圧を印加して、プラズマを発生させる。このとき
プラズマ発生用高周波電圧の印加電圧範囲は１．６〜３
０ｋＶ、周波数の範囲は０．１〜１０ｋＨｚの各種範囲
に設定した。また中心電極４２は、前述の内部酸化法に
よって作製されたものを使用した。具体的には、Ａｇに
Ｔｉを１〜１０原子％添加し、酸素雰囲気下で、５００
℃にて溶解し、インゴットを作製後、圧延と焼鈍を繰り
返し直径７ｍｍ径の円柱状試料を作製した。この試料を
３気圧の純酸素中で５００℃にて６時間の熱処理を行
い、その後２００℃にて６時間保持した。

【００５８】上記のような水素ガス生成装置により生成
した水素ガスを水素分離膜に通して他の物質と分離した
後、水素ガス検出装置（マイクロガスクロマトグラフ：
ヒューレット・パッカード社製）により、水素ガスの量
を測定した。その結果を表１に示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】すなわち、導入される空気の絶対湿度（つ
まり、空気中のＨ_２Ｏの量）が増大するに従い、水素ガ
スの生成量が増大していることがわかる。また、プラズ
マ発生電極に印加する印加電圧の電圧レベルの増加、及
び周波数が減少するにつれ水素ガスの生成量が増大して
いることがわかる。

【００６１】（実験例２）本発明の第二に係る物質変換
方法の効果を確認するために、図６に示す二重管構造型
物質変換装置３０を用いて次の実験を行った。まず、被
処理物質は水蒸気を含む空気とし、目的物質は水素ガス
とする。中心電極３２は内部酸化法により得られたＡｇ
系の金属基盤に二酸化チタンが分散的に含有された電極
を使用した。具体的には、ＡｇにＴｉを１〜１０原子％
添加し、窒素雰囲気下で、５００℃にて溶解し、インゴ
ットを作製後、圧延と焼鈍を繰り返し直径７ｍｍ径の円
柱状試料を作製し、これを３気圧の純酸素中で５００℃
にて６時間熱処理を行い、その後２００℃にて６時間保
持することにより電極とした。

【００６２】また、帯状電極は以下のようにして作成さ
れたものを使用した。まず、硝酸銀４０ｇを１０００ｍ
ｌの蒸留水に溶解し、これにアンモニア水２５０ｍｌを
加えて硝酸銀のアンミン錯体（硝酸ジアミン銀）溶液を
得る。次いで、この溶液に二酸化チタン粉末２５ｇを投
入し、超音波により分散させる。この分散液に、ブドウ
糖５０ｇを含むブドウ糖水溶液５００ｍｌを添加し、４
０〜６０℃にて１時間攪拌し、図８（ｂ）に示すよう
に、セラミック粉末粒子の表面に金属Ａｇを析出させ、
これをデカンテーションにより分離し、洗浄・乾燥す
る。このように得られた複合粉末を、５００℃で１時間
熱処理した後、メッシュ状電極形状に成型し、焼結する
ことにより帯状電極３３を作成した。そして、中心電極
３２と帯状電極３３との間隔を５ｍｍに調整し、他の条
件は上記実験例１と同様の条件にて実験を行った。その
結果を表２に示す。

【００６３】

【表２】

【００６４】すなわち、導入される空気の絶対湿度（つ
まり、空気中のＨ_２Ｏの量）が増大するに従い、水素ガ
スの生成量が増大していることがわかる。また、プラズ
マ発生電極に印加する印加電圧の電圧レベルの増加、及
び周波数が減少するにつれ水素ガスの生成量が増大して
いることがわかる。

【００６５】（実験例３）メタンガスと水蒸気との混合
気体より水素ガスを生成する物質変換方法の効果確認の
ため、次の実験を行った。まず、メタンガス（ＣＨ_４）
と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を質量バランス型混合器を用いて目
的の混合比で混合し、図６に示す二重管構造型物質変換
装置３０に導入した。その後、得られた水素ガス及びＣ
Ｏ_２の混合気体を水素分離膜に送給してＣＯ_２を排出
し、水素ガスは水素量検出装置（ガスクロマトグラフ）
に送給し水素ガスの生成量を検出した。プラズマ発生電
極には実験例２で使用したものと同様のものを使用し
た。

【００６６】

【表３】

【００６７】すなわち、導入される混合気体中の水蒸気
の割合が増大するに従い、水素ガスの生成量が増大して
いることがわかる。また、プラズマ発生電極に印加する
印加電圧の電圧レベルが増加、及び周波数が減少するに
つれ水素ガスの生成量が増大していることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水蒸気から水素ガスを生成する物質変
換方法に基づく物質変換装置の該略図。

【図２】プラズマ発生電極に対する光触媒の保持形態を
いくつか例示して示す模式図。

【図３】プラズマ発生電極の形成形態をいくつか例示し
て示す模式図。

【図４】プラズマ発生電極表面上の光触媒性粒子の光触
媒作用について説明した図。

【図５】図１の物質変換装置の具体的形態の一例を示す
模式図。

【図６】本発明の第二に係る物質変換装置の別例を示す
模式図。

【図７】図６の装置の傾斜図及び半径方向の断面図。

【図８】プラズマ発生電極の作製方法をいくつか説明す
る図。

【図９】本発明による水素ガス生成方法の一例を示す概
略図。

【図１０】本発明による水素ガス生成方法を用いた燃料
電池の概略図。

【符号の説明】

１プラズマ発生電極２光触媒１０光触媒保持領域３２、４２中心電極（第一電極）３３、４３帯状電極（第二電極）２０光触媒性粒子３４ガラス管（隔壁部）Ｇ被処理気体Ｐプラズマ７２第一反応空間７３第二反応空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ発生電極にプラズマ発生用電圧
を印加してプラズマを発生させ、そのプラズマに基づく
光を光触媒に照射し、その状態で水蒸気を含有した被処
理気体を前記光触媒と接触させることにより、前記水蒸
気を水素ガスに変換することを特徴とする光触媒を用い
た物質変換方法。
【請求項２】前記プラズマ発生電極として、プラズマ
を発生させる電極面の少なくとも一部に、前記光触媒を
保持させた光触媒保持領域を形成したものを使用し、そ
の光触媒保持領域と接する反応空間に前記プラズマを発
生させつつ、ここに前記被処理気体を供給する請求項１
記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項３】プラズマ発生電極として、プラズマを発
生させる電極面の少なくとも一部が、前記光触媒を保持
する光触媒保持領域とされたものを使用し、その光触媒
保持領域と接する第一反応空間に前記プラズマを発生さ
せつつ、被処理気体を当該第一反応空間に導くことによ
り、該被処理気体の物質の少なくとも一部を他の物質に
変換する第一の物質の変換反応を生じさせる第一反応処
理工程と、該第一反応処理工程が終了した被処理気体（以下、処理
済被処理気体という）を、前記第一反応空間とは別に設
定された第二反応空間内に導き、該第二反応空間内に又
は該第二反応空間と接して配置された光触媒からなる補
助触媒部に対し、前記処理済被処理気体を光照射しつつ
接触させることにより、当該処理済被処理気体中の物質
の少なくとも一部を他の物質に変換する第二の物質変換
反応を生じさせる第二反応処理工程と、を含むことを特徴とする光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項４】前期第一反応処理工程及び前記第二反応
処理工程の少なくとも一方で、水蒸気を含有した被処理
気体を前述の光触媒と接触させることにより、前記水蒸
気を水素ガスに変換する請求項３記載の光触媒を用いた
物質変換方法。
【請求項５】前記第二反応空間及び前記補助触媒部
は、前期第一反応空間にて発生するプラズマ光の照射を
受けるように位置している請求項４記載の光触媒を用い
た物質変換方法。
【請求項６】前記被処理気体は所定の流路に沿って供
給されるようになっており、その流路上の所定位置に前
記第一反応空間が設定され、それよりも下流側に前記第
二反応空間が設定されている請求項３ないし５のいずれ
かに記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項７】前記第一反応空間と前記第二反応空間と
が隔壁部を介して隣接するように形成され、前記第一反
応空間から流出する前記処理済被処理気体は前記隔壁部
に形成された気体流通部を経て前期第二反応空間へ導か
れるようになっており、前記第一反応空間にプラズマを発生させるプラズマ発生
電極対の一方をなすとともに、電極面の少なくとも一部
に、前記光触媒を保持させた光触媒保持領域を形成した
第一電極が前記第一反応空間内に配置される一方、前記
隔壁部には、その第一電極との間でプラズマ発生電圧が
印加される第二電極が配置され、該第二電極は透光性に構成されて前期プラズマの光を前
期第二反応空間内に漏出させることを許容するととも
に、前記第二反応空間に面する少なくとも表層部に、前
記補助触媒部をなす光触媒が保持されており、前記第二
反応空間側に漏出する前記プラズマの光がその光触媒に
照射されるようになっている請求項６記載の光触媒を用
いた物質変換方法。
【請求項８】前記隔壁部は絶縁性かつ透光性を有する
材料にて形成され、前記第二電極は、その隔壁部の前記
第二反応空間に面する側の表面に保持されており、前記
第一電極との間で、高周波電圧を印加することにより、
プラズマ発光させる請求項７記載の光触媒を用いた物質
変換方法。
【請求項９】前記第二電極は、連通気孔が透光部とし
て機能する多孔質電極にて形成されている請求項７また
は８に記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項１０】前記隔壁部は内筒部材として構成さ
れ、その内側に前記第一反応空間が形成されるととも
に、前記第二反応空間はその内筒部材の外側に配置され
る外筒部材の内面と、前記内筒部材の外面との隙間空間
に形成される請求項９記載の光触媒を用いた物質変換方
法。
【請求項１１】前記第一電極は、前記内筒部材の軸線
方向に挿入される棒状に形成され、前記第二電極はその
棒状の第一電極を取り囲む形態で該内筒部材の周方向に
配置される帯状に形成される請求項１０記載の光触媒を
用いた物質変換方法。
【請求項１２】前記被処理気体中の原料物質を前記第
一反応工程にて目的物質に変換するとともに、該第一反
応工程にて変換されなかった残余の原料物質の少なくと
も一部を前記第二反応工程において補完的に前記目的物
質に変換する請求項３ないし１１のいずれかに記載の光
触媒を用いた物質変換方法。
【請求項１３】前記原料物質は水蒸気であり、前記目
的物質は水素ガスである請求項１２記載の光触媒を用い
た物質変換方法。
【請求項１４】前記光触媒を水の中に入れ、該光触媒
に光を照射することによって水蒸気と水素ガスとを含有
した混合気体を生成するとともに、その混合気体を前記
被処理気体として使用する請求項１ないし１３のいずれ
かに記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項１５】メタンガスと水蒸気とを含有した混合
気体を前記被処理気体として使用することにより、水素
ガスと炭酸ガスにこれを変換する請求項１ないし１４の
いずれかに記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項１６】前記プラズマ発生電極は、光触媒性粒
子の少なくとも一部が電極面に露出するように、該光触
媒性粒子がプラズマ発生電極の、少なくとも前記電極面
を含む表層部に分散される形態で含有されている請求項
１ないし１５のいずれかに記載の光触媒を用いた物質変
換方法。
【請求項１７】前記プラズマ発生電極は、酸化物光触
媒粒子が、Ａｕ，Ａｇ及びＰｔの１種又は２種以上を主
成分とする金属と組み合わせる形にて構成されている請
求項１ないし１６のいずれかに記載の光触媒を用いた物
質変換方法。
【請求項１８】前記第二電極は、前記第一電極よりも
前記酸化物光触媒粒子の含有率の高いものが使用される
請求項１７に記載の光触媒を用いた物質変換方法。
【請求項１９】前記酸化物光触媒粒子は、酸化物光触
媒のカチオンとなる金属元素（以下、光触媒性金属カチ
オン元素という）と、該光触媒性金属カチオン元素より
も酸化傾向の小さい金属との合金中の光触媒性金属カチ
オン元素を選択酸化することにより形成したものである
請求項１７又は１８に記載の光触媒を用いた物質変換方
法。
【請求項２０】前記酸化物光触媒粒子は酸化チタンを
主体に構成される請求項１７ないし１９のいずれかに記
載の光触媒を用いた物質変換方法。