JP2005126295A - Tin-containing semiconductive metal oxide and its manufacturing method - Google Patents

Tin-containing semiconductive metal oxide and its manufacturing method Download PDF

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JP2005126295A JP2003365341A JP2003365341A JP2005126295A JP 2005126295 A JP2005126295 A JP 2005126295A JP 2003365341 A JP2003365341 A JP 2003365341A JP 2003365341 A JP2003365341 A JP 2003365341A JP 2005126295 A JP2005126295 A JP 2005126295A
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光丈 押切
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tin-containing semiconductive metal oxide which can be suitably used for a photocatalyst, a solar battery, a light-emitting device or a photodetector, by drastically expanding the functional wavelength range of a semiconductive metal oxide, whose application has been limited to the ultraviolet range, toward the long-wavelength region. <P>SOLUTION: The tin-containing semiconductive metal oxide is derived from the semiconductive metal oxide which contains an SnO<SB>6</SB>octahedron wherein six oxygen atoms are coordinated to a tetravalent Sn in a crystal structure and has a photoabsorption band within the ultraviolet region. The tin-containing semiconductive metal oxide is obtained by removing one or two oxygen atoms from the SnO<SB>6</SB>octahedron present at the surface or within the semiconductive metal oxide. The tin-containing semiconductive metal oxide has an SnO<SB>5</SB>polyhedron wherein oxygen atoms are pentacoordinated or an SnO<SB>4</SB>tetrahedron structure wherein oxygen atoms are tetracoordinated at its surface or its interior, has a smaller band gap compared to that of the semiconductive metal oxide and has a functional wavelength range which is expanded toward the long-wavelength region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この出願の発明は、錫含有半導体金属酸化物およびその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、光触媒、太陽電池、発光素子あるいは光検出素子に好適に用いることのできる錫含有半導体金属酸化物およびその製造方法に関するものである。   The invention of this application relates to a tin-containing semiconductor metal oxide and a method for producing the same. More specifically, the invention of this application relates to a tin-containing semiconductor metal oxide that can be suitably used for a photocatalyst, a solar cell, a light-emitting element, or a light-detecting element, and a method for producing the same.

現在、地球温暖化が世界的な問題となっているが、この原因は大気中の二酸化炭素の急増にある。いまのペースで増え続けると21世紀末には世界平均で1.4〜5.8℃上昇し、地域的にはさらに大きな上昇が予測されている。   Currently, global warming is a global problem, which is caused by the rapid increase in atmospheric carbon dioxide. If it continues to increase at the current pace, the global average will rise by 1.4 to 5.8 ° C at the end of the 21st century, and a larger increase is predicted in the region.

これを避けるため、二酸化炭素を排出しないクリーンなエネルギーとして、水素が最近注目されている。水素は、熱効率がガソリンの3倍程度と大きい上、燃焼後は水となるため、燃焼後に有害物質を発生させない点で理想的燃料と考えられる。また、水素は燃料電池の燃料ともなり、クリーンなエネルギー源としてその発生技術開発が急がれている。しかしながら、その水素を生成するために二酸化炭素や有害廃棄物を発生させたり、貴重な有限資源を大量に消費して枯渇させたりしては意味がない。   In order to avoid this, hydrogen has recently attracted attention as a clean energy that does not emit carbon dioxide. Hydrogen is considered to be an ideal fuel because it has a thermal efficiency about three times that of gasoline and becomes water after combustion, so that no harmful substances are generated after combustion. Hydrogen is also a fuel for fuel cells, and its generation technology is urgently being developed as a clean energy source. However, it does not make sense to generate carbon dioxide and hazardous waste to generate the hydrogen, or to consume and deplete valuable limited resources in large quantities.

そこで有望なのが太陽エネルギーを活用した水素の生成技術である。一年間で地上に届く太陽エネルギーは人類の年間エネルギー消費量の一万倍に相当するほど莫大である。その太陽エネルギーの利用法のひとつとして、水と無尽蔵な太陽光から、半導体金属酸化物光触媒を用いて、クリーンな燃料となる水素や酸素を直接製造する人工光合成技術が考えられる。光触媒は、そのバンドギャップ以上のエネルギーを吸収すると正孔と電子を生成し、これらがそれぞれ水と酸化反応、還元反応を行い、酸素や水素を発生させる。この光触媒の実用化を考えた場合、太陽光エネルギーの多くが含まれる可視光線領域を如何に効率よく利用するかが重要となる。   What is promising is hydrogen generation technology using solar energy. The solar energy that reaches the ground in one year is enormous, equivalent to 10,000 times the annual energy consumption of mankind. One of the methods of utilizing solar energy is an artificial photosynthesis technology that directly produces hydrogen and oxygen as clean fuels from water and inexhaustible sunlight using a semiconductor metal oxide photocatalyst. When the photocatalyst absorbs energy beyond its band gap, it generates holes and electrons, which undergo an oxidation reaction and a reduction reaction with water, respectively, to generate oxygen and hydrogen. Considering the practical application of this photocatalyst, it is important how to efficiently use the visible light region containing much of the solar energy.

また、光触媒の応用は有害化学物質の分解処理技術としても広く検討され始めている。水中や土壌あるいは大気中の農薬や悪臭物質などの有機物の分解、触媒コーティングによるガラスや陶器などの固体表面のセルフクリーニングなどへの応用もその一例である。現在のところ、それらの技術の大半は二酸化チタンを用いるため、可視光線ではほとんど働かず、特に室内での使用においてはわざわざ紫外線光源を用意せねばならない場合もあり、可視光線領域でよく機能する光触媒が強く望まれている。   In addition, the application of photocatalysts has begun to be widely studied as a technique for decomposing harmful chemical substances. Examples include the decomposition of organic substances such as pesticides and malodorous substances in water, soil or air, and self-cleaning of solid surfaces such as glass and ceramics by catalytic coating. At present, most of these technologies use titanium dioxide, so they hardly work with visible light. In particular, there is a case where it is necessary to prepare an ultraviolet light source especially for indoor use, and a photocatalyst that works well in the visible light region. Is strongly desired.

他方で、太陽電池としてはSiが利用されていることは良く知られているが、最近では、酸化チタンを利用した太陽電池もその開発が進められている。光触媒として広く開発が進められている酸化チタンはその製造技術などのノウハウの蓄積が大きく、太陽電池への応用も比較的たやすい水準にあるといえる。しかしながら、酸化チタンの発電波長領域は紫外線領域に限られており、開発途上の酸化チタン太陽電池の発電波長領域を大幅に広げ、その発電効率を改善することが強く求められている。   On the other hand, it is well known that Si is used as a solar cell, but recently, solar cells using titanium oxide have been developed. Titanium oxide, which is being widely developed as a photocatalyst, has a large accumulation of know-how such as its manufacturing technology, and it can be said that it is relatively easy to apply to solar cells. However, the power generation wavelength region of titanium oxide is limited to the ultraviolet region, and it is strongly demanded to greatly expand the power generation wavelength region of a titanium oxide solar cell under development and improve its power generation efficiency.

これまで、遷移金属酸化物を利用した光触媒や太陽電池など、遷移金属酸化物と光の相互作用を利用した機能素子に関する研究は多数あったが、その中で大きな問題となっていたことは、そのバンドギャップの制御が難しいという点であった。特にバンドギャップが広い遷移金属酸化物は光触媒として有望視されてはいたが、そのバンドギャップを小さくするための制御指針が確立されておらず、未だに、酸化チタンによる光触媒機能の大部分は紫外線領域に限られてしまっている。   Up to now, there have been many studies on functional elements using the interaction between transition metal oxides and light, such as photocatalysts and solar cells using transition metal oxides. The band gap was difficult to control. In particular, transition metal oxides with a wide band gap have been considered promising as photocatalysts, but control guidelines for reducing the band gap have not been established, and most of the photocatalytic functions of titanium oxide are still in the ultraviolet region. It has been limited to.

この出願の発明者等も、これまで半導体金属酸化物に関する種々の研究を行っており、TiO2の場合に酸素欠損をTiのまわりに形成してもそのバンドギャップがあまりTi
2バルクの場合と変りないこと(非特許文献1)を見出したり、またTiO2バルク結晶の電子構造と、InMO4(M=V、Nb、Ta)あるいはBiVO4バルク結晶の電子構造との比較(非特許文献2)などを行ってはきたが、これまで半導体金属酸化物のバンドギャップを小さくするための制御指針を確立することはできていなかった。
Mitsutake Oshikiri, F. AryasetiawanおよびM. Boero他、 "Electronic structures of Titanium Oxide Crystal Surface with Lithium Atom on the Surface", Materials Research Society Symposium Proceedings Vol. 654 (2000 MRS Fall Meeting Proceedings), AA5.10.1-AA5.10.6 Mitsutake Oshikiri, Mauro Boero, Jinhua Ye 他、 "Electronic structures of promising photocatalysts InMO4(M=V, Nb, Ta) and BiVO4 for water decomposition in the visible wavelength region", Journal of Chemical Physics, Vol. 117, Issue 15, pp. 7313-7318, October 15, 2002
The inventors of this application have also conducted various studies on semiconductor metal oxides so far, and in the case of TiO 2 , even if oxygen vacancies are formed around Ti, the band gap is not much Ti.
It is found that it is not different from the case of O 2 bulk (Non-patent Document 1), and the electronic structure of TiO 2 bulk crystal and the electronic structure of InMO 4 (M = V, Nb, Ta) or BiVO 4 bulk crystal Although comparison (Non-patent Document 2) has been performed, control guidelines for reducing the band gap of the semiconductor metal oxide have not been established so far.
Mitsutake Oshikiri, F. Aryasetiawan and M. Boero et al., "Electronic structures of Titanium Oxide Crystal Surface with Lithium Atom on the Surface", Materials Research Society Symposium Proceedings Vol. 654 (2000 MRS Fall Meeting Proceedings), AA5.10.1-AA5. 10.6 Mitsutake Oshikiri, Mauro Boero, Jinhua Ye et al., "Electronic structures of promising photocatalysts InMO4 (M = V, Nb, Ta) and BiVO4 for water decomposition in the visible wavelength region", Journal of Chemical Physics, Vol. 117, Issue 15, pp. 7313-7318, October 15, 2002

この出願の発明は、これまでに知られているバンドギャップの大きい半導体金属酸化物と比べてバンドギャップが小さくなるように制御された錫含有半導体金属酸化物とその製造方法を提供しようというものであり、この出願の発明により、これまで紫外線領域にその利用が制限されていた半導体金属酸化物に対して機能波長範囲が長波長側に大幅に拡張された、光触媒、太陽電池、発光素子あるいは光検出素子に好適に用いることのできる錫含有半導体金属酸化物とその製造方法を提供しようというものである。   The invention of this application is to provide a tin-containing semiconductor metal oxide controlled so as to have a smaller band gap as compared with semiconductor metal oxides having a large band gap known so far, and a method for producing the same. According to the invention of this application, the photocatalyst, the solar cell, the light emitting element, or the light whose functional wavelength range has been greatly expanded to the long wavelength side compared to the semiconductor metal oxides whose use has been limited to the ultraviolet region so far. An object of the present invention is to provide a tin-containing semiconductor metal oxide that can be suitably used for a detection element and a method for producing the same.

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第1には、結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域に光吸収帯が存在
する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子1個
あるいは2個が取り去られ、酸素原子が5配位したSnO5多面体あるいは酸素原子が4
配位したSnO4四面体構造が、表面あるいは内部に存在しており、前記半導体金属酸化
物に比べて、バンドギャップが小さく、機能波長領域が長波長領域に拡張されていることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。
In order to solve the above problems, the invention of this application firstly includes a SnO 6 octahedron in which six oxygens are coordinated to tetravalent Sn in the crystal structure, and absorbs light in the ultraviolet region. One or two oxygen atoms are removed from the SnO 6 octahedron existing on the surface or inside of the semiconductor metal oxide in which the band exists, and the SnO 5 polyhedron in which the oxygen atoms are pentacoordinated or 4 oxygen atoms are present.
The coordinated SnO 4 tetrahedral structure exists on the surface or inside, has a band gap smaller than that of the semiconductor metal oxide, and a functional wavelength region is extended to a long wavelength region. A tin-containing semiconductor metal oxide is provided.

第2には、第1の発明において、光触媒、太陽電池、発光素子および光検出素子のうちのいずれかに用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Second, in the first invention, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used in any one of a photocatalyst, a solar cell, a light emitting element, and a light detecting element.

第3には、第1または2の発明において、助触媒あるいは電極が担持されていることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Thirdly, in the first or second invention, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized in that a promoter or an electrode is supported.

第4には、第3の発明において、助触媒あるいは電極が、貴金属、遷移金属および酸化物のうちのいずれかであることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Fourthly, in the third invention, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized in that the promoter or the electrode is any one of a noble metal, a transition metal and an oxide.

第5には、第4の発明において、助触媒あるいは電極が、Pt、Ni、IrO2、Ni
xおよびRuO2のうちのいずれかであることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。
Fifth, in the fourth invention, the promoter or electrode is Pt, Ni, IrO 2 , Ni
Provided is a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being one of O x and RuO 2 .

第6には、第1ないし5いずれかの発明において、酸素製造用光触媒あるいは水素製造用光触媒として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Sixth, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used as a photocatalyst for oxygen production or a photocatalyst for hydrogen production.

第7には、第1ないし5いずれかの発明において、水分解用光触媒として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Seventhly, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used as a water splitting photocatalyst.

第8には、第1ないし5いずれかの発明において、化学物質分解用光触媒または化学物質製造用光触媒として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Eighth, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used as a chemical substance decomposing photocatalyst or a chemical substance producing photocatalyst.

第9には、第1ないし5いずれかの発明において、蓄電装置あるいは発電装置に使用する太陽電池素子として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Ninth, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used as a solar cell element used in a power storage device or a power generation device.

第10には、第1ないし5いずれかの発明において、画像表示装置、信号装置あるいは通信装置に使用する発光素子として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Tenth, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide which is used as a light emitting element used in an image display device, a signal device or a communication device.

第11には、第1ないし5いずれかの発明において、光検出装置に使用する光検出素子として用いられることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物を提供する。   Eleventhly, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a tin-containing semiconductor metal oxide characterized by being used as a light detecting element used in a light detecting device.

第12には、結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、か
つ紫外線領域に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子1個あるいは2個を取り去り、酸素原子が5配位したSnO5多面体あるいは酸素原子が4配位したSnO4四面体構造を、表面あるいは内部に存在させ
、前記半導体金属酸化物に比べて、バンドギャップを小さくし、機能波長領域を長波長領域に拡張することを特徴とする錫含有半導体金属酸化物の製造方法を提供する。
Twelfth, the crystal structure contains SnO 6 octahedron in which six oxygen atoms are coordinated with tetravalent Sn and exists on the surface or inside of a semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region. One or two oxygen atoms are removed from a SnO 6 octahedron, and a SnO 5 polyhedron in which oxygen atoms are pentacoordinated or a SnO 4 tetrahedral structure in which oxygen atoms are tetracoordinated are present on the surface or inside, and the semiconductor metal Provided is a method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide characterized in that the band gap is reduced as compared with an oxide and the functional wavelength region is extended to a long wavelength region.

第13には、紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物の、金属元素の一部あるいは全部を4価Snで置換することにより、表面あるいは内部にSnO6八面体を形成し、そのSnO6八面体中の酸素原子の1個あるいは2個を取り去ることにより酸素が5配位したSnO5多面体あるいは酸素が4配位したSnO4四面体構造を、表面あるいは内部に存在させることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物の製造方法を提供する。 Thirteenth, by replacing a part or all of the metal element of the semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region and not containing Sn with tetravalent Sn, SnO 6 8 By forming a plane and removing one or two of the oxygen atoms in the SnO 6 octahedron, an oxygen pentacoordinate SnO 5 polyhedron or an oxygen tetracoordinate SnO 4 tetrahedral structure is formed on the surface or inside. A method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide is provided.

第14には、第13の発明において、紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化インジウムおよび酸化亜鉛のうちのいずれかであることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物の製造方法を提供する。   Fourteenth, in the thirteenth invention, a semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region and containing no Sn is titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, indium oxide, and Provided is a method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide, which is any one of zinc oxides.

第15には、第8の発明において、化学物質分解用光触媒の存在下、有害化学物質に光を照射することを特徴とする有害化学物質の分解方法を提供する。   Fifteenth, in the eighth invention, there is provided a method for decomposing a harmful chemical substance, characterized by irradiating the hazardous chemical substance with light in the presence of a chemical substance decomposing photocatalyst.

この出願の発明により、機能波長帯域が紫外線領域に限定されていた、光触媒、太陽電池、発光素子、光検出素子として用いる半導体金属酸化物の機能波長範囲を、可視光線領域といったようなより長波長側に拡張することが可能となり、高機能かつ高効率な光触媒、太陽電池、発光素子、光検出素子として好適に用いることのできる錫含有半導体金属酸化物とその製造方法を提供することができる。   According to the invention of this application, the functional wavelength range of a semiconductor metal oxide used as a photocatalyst, a solar cell, a light emitting element, or a light detecting element has been limited to the ultraviolet region. Therefore, it is possible to provide a tin-containing semiconductor metal oxide that can be suitably used as a highly functional and highly efficient photocatalyst, solar cell, light emitting element, and light detecting element, and a method for producing the same.

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。   The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.

結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域
に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体
から酸素原子1個あるいは2個が取り去られ、酸素原子が5配位したSnO5多面体ある
いは酸素原子が4配位したSnO4四面体構造が、表面あるいは内部に存在しており、前
記半導体金属酸化物に比べて、バンドギャップが小さく、機能波長領域が長波長領域(例えば可視光線領域)に拡張されていることを大きな特徴としている。
Include SnO 6 octahedra oxygen six tetravalent Sn in the crystal structure is coordinated, and a semiconductor metal oxide present light absorption band in the ultraviolet region, from SnO 6 octahedra present inside or on the surface One or two oxygen atoms are removed, and a SnO 5 polyhedron in which oxygen atoms are pentacoordinated or a SnO 4 tetrahedral structure in which oxygen atoms are tetracoordinated is present on the surface or inside, and the semiconductor metal oxide Compared to products, the band gap is small and the functional wavelength region is extended to a long wavelength region (for example, a visible light region).

この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物は、結晶構造中に、4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含む、紫外線領域に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の表
面あるいは内部に存在するSnO6八面体の配位酸素元素が一つあるいは二つ取り除かれ
ることによって欠陥がつくられており、このような構造を有することによりバンドギャップが小さくなっていることから、これまで光触媒、太陽電池、発光素子あるいは光検出素子として用いられていた紫外線領域に限定されていた半導体金属酸化物の機能波長範囲が、たとえば可視光線領域といった長波長側に大幅に拡張されているのである。
The tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application includes a semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region, including SnO 6 octahedron in which six oxygen atoms are coordinated with tetravalent Sn in the crystal structure. Since defects are created by removing one or two coordinated oxygen elements of SnO 6 octahedron existing on the surface or inside of the structure, the band gap is reduced by having such a structure. The functional wavelength range of the semiconductor metal oxide, which has been limited to the ultraviolet region, which has been used as a photocatalyst, a solar cell, a light emitting element or a light detecting element so far, has been greatly expanded to the long wavelength side, for example, the visible light region. It is.

なお、意図的に上記のような欠陥を作らなくても、製造技術上そのような欠陥を生じてしまうような物質あるいは天然にそのような欠陥を生じている物質であってもよく、あるいは意図的に酸素原子を取り去って欠陥を作らなくても、SnO6八面体から酸素原子を
1個あるいは2個取り去ることにより得られるとみなせる、酸素が5配位したSnO5
面体あるいは酸素が4配位したSnO4四面体構造が、表面あるいは内部に存在するもの
であってもよい。
In addition, even if it does not intentionally make the above-mentioned defects, it may be a substance that causes such a defect in manufacturing technology, or a substance that naturally causes such a defect, or an intention. to instead of producing defects removing the oxygen atom, can be regarded as obtained by removing one or two oxygen atoms from SnO 6 octahedra, oxygen is 5 coordinating SnO 5 polyhedral or oxygen tetracoordinate The SnO 4 tetrahedral structure may exist on the surface or inside.

この出願の発明によれば、これまで機能波長範囲が紫外線領域に限られていた半導体金属酸化物とくらべて、たとえば可視光線領域などの長波長側に機能波長領域が拡張された錫含有半導体金属酸化物が得られるのであり、この錫含有半導体金属酸化物を用いることにより光触媒、太陽電池、発光素子の機能波長範囲をより広いものとすることができ、太陽光エネルギーの多くが含まれる可視光線領域を効率よく利用することができるのである。   According to the invention of this application, the tin-containing semiconductor metal whose functional wavelength region is extended to the long wavelength side such as the visible light region, for example, compared to the semiconductor metal oxide whose functional wavelength range has been limited to the ultraviolet region so far. An oxide is obtained, and by using this tin-containing semiconductor metal oxide, the functional wavelength range of the photocatalyst, the solar cell, and the light-emitting element can be broadened, and visible light containing a lot of solar energy. The area can be used efficiently.

この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物は、酸素製造用光触媒あるいは水素製造用光触媒として、あるいは水分解用光触媒として好適に用いることができ、さらには、化学物質分解用触媒または化学物質製造用光触媒としても好適に用いることもできる。   The tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application can be suitably used as a photocatalyst for oxygen production, a photocatalyst for hydrogen production, or a photocatalyst for water splitting, and further, a catalyst for chemical substance decomposition or a chemical substance production It can also be suitably used as a photocatalyst.

この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物を光触媒として応用する場合の形状は、光を有効に利用するために微粒子化して表面積の大きくすることが望ましい。例えば、固相反応法で調製した酸化物は粒子が大きく表面積が小さいが、ボールミルなどで粉砕を行うことで粒子径を小さくできる。各種薄膜形成技術を駆使して薄膜薄片状に製造して使用することも可能であるし、他の材質に薄膜状にコーティングして使用することもできる。また、触媒物質を壁材などに練りこむなどしてセルフクリーニング技術に応用しても良い。   In the case of applying the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application as a photocatalyst, it is desirable that the surface area be increased by forming fine particles in order to effectively use light. For example, an oxide prepared by a solid phase reaction method has large particles and a small surface area, but the particle size can be reduced by grinding with a ball mill or the like. Various thin film forming techniques can be used to manufacture and use in the form of a thin film, or it can be used by coating other materials into a thin film. Further, the catalyst material may be applied to a self-cleaning technique by kneading it into a wall material or the like.

又、水の分解反応を行う際に用いる反応溶液は、純水に限らず、通常、水の分解反応によく用いられるように、適宜、触媒物質を劣化させないような塩類や犠牲剤を混ぜた水を用いてもよい。照射する光の波長は半導体の吸収がある領域の波長の光を含むことが必要である。この出願の発明では太陽光を照射してもよい。   In addition, the reaction solution used for the water decomposition reaction is not limited to pure water, and is usually mixed with salts and sacrificial agents that do not deteriorate the catalyst material, as is often used for water decomposition reaction. Water may be used. The wavelength of the light to be irradiated needs to include light having a wavelength in a region where the semiconductor is absorbed. In the invention of this application, sunlight may be irradiated.

この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物を用いた光触媒は、水の分解だけでなく多くの光触媒反応に応用できる。たとえば有機物の分解の場合、アルコールや農薬、悪臭物質などは一般に電子供与体として働き、正孔によって酸化分解される。反応形態は、有機物を含む水溶液に触媒を懸濁して光照射しても良いし、触媒を基板に固定しても良い。悪臭物質の分解のように気相反応でも良い。またこの出願の発明の錫含有半導体金属酸化物は、光触媒反応の選択反応性を利用して、各種分子の製造工程における素反応過程に応用す
ることも可能である。
The photocatalyst using the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application can be applied not only to water decomposition but also to many photocatalytic reactions. For example, in the case of decomposing organic substances, alcohol, agricultural chemicals, malodorous substances, etc. generally act as electron donors and are oxidatively decomposed by holes. As a reaction form, the catalyst may be suspended in an aqueous solution containing an organic substance and irradiated with light, or the catalyst may be fixed to a substrate. A gas phase reaction may be used, such as decomposition of malodorous substances. Further, the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application can be applied to elementary reaction processes in the production process of various molecules by utilizing the selective reactivity of the photocatalytic reaction.

なおこの出願の発明の錫含有半導体金属酸化物を化学物質分解用光触媒として用いる場合には、その化学物質分解用光触媒の存在下、有害化学物質に光を照射することにより、有害化学物質の分解することが可能となる。   In addition, when using the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application as a photocatalyst for chemical substance decomposition, the harmful chemical substance is decomposed by irradiating light to the harmful chemical substance in the presence of the photocatalyst for chemical substance decomposition. It becomes possible to do.

以上、光触媒に応用する場合は、その内部よりその表面あるいは表面から深さ100Å以内の表面近傍にこの出願の発明を応用することが望ましい。また、錫含有半導体金属酸化物に助触媒あるいは電極を担持させることで、錫含有半導体金属酸化物の表面を修飾することができ、とくに助触媒あるいは電極が貴金属、遷移金属および酸化物のうちのいずれかであるのが好ましく、より具体的には、助触媒あるいは電極がPt、Ni、IrO2
、NiOxおよびRuO2のうちのいずれかであるのが好ましく、このように助触媒あるいは電極を担持することによって、励起された電子を空間的に分離することが可能となり、より光触媒、太陽電池、発光素子あるいは検出素子の効率を高め得る。なお担持方法は含浸法や光電着法などで行うことができる。
As mentioned above, when applying to a photocatalyst, it is desirable to apply the invention of this application to the surface from the inside or near the surface within a depth of 100 mm from the surface. In addition, the surface of the tin-containing semiconductor metal oxide can be modified by supporting the promoter or the electrode on the tin-containing semiconductor metal oxide. In particular, the promoter or the electrode is a precious metal, transition metal or oxide. More preferably, the promoter or electrode is Pt, Ni, IrO 2.
, NiO x, and RuO 2 , and by supporting the promoter or the electrode in this way, excited electrons can be spatially separated, and more photocatalyst, solar cell The efficiency of the light emitting element or the detecting element can be increased. The supporting method can be carried out by an impregnation method or a photo-deposition method.

さらに、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物は、蓄電装置あるいは発電装置に使用する太陽電池素子として好適に用いることも期待できる。この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の波長感度領域が長波長側に広がっていることから、太陽電池素子として用いた場合に、高効率が期待できるのはもちろんであるが、電子を取り出す側の電極の性能の向上も期待できるのである。たとえば、母体半導体金属酸化物が酸化チタンの場合にこの出願の発明を導入する場合を説明すると、母体半導体金属酸化物である酸化チタンが紫外線を吸収して生成された電子は、その電子構造の特徴から、表面あるいは内部の酸素欠陥を周囲にもつSnの5s軌道が大きく寄与する軌道に移動しやすい。さらに、このSnの5s軌道は空間的に大きく広がっているため、そのSnの空間配置の工夫によっては、高い電気伝導性を持たせることができ都合がよい。紫外線領域に光吸収帯を持つ遷移金属酸化物の多くは電子の移動能力が低いものが多いため、この出願の発明の導入は、こういった物質の太陽電池としての波長感度領域を長波長側に拡張するばかりでなく、太陽電池の内部抵抗低減による性能向上も期待できるのである。   Furthermore, the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application can be expected to be suitably used as a solar cell element used in a power storage device or a power generation device. Since the wavelength sensitivity region of the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application is extended to the long wavelength side, when used as a solar cell element, it is a matter of course that high efficiency can be expected, but electrons are extracted. An improvement in the performance of the electrode on the side can also be expected. For example, in the case where the invention of this application is introduced when the base semiconductor metal oxide is titanium oxide, the titanium oxide, which is the base semiconductor metal oxide, absorbs ultraviolet rays, and the electrons are From the feature, it is easy to move to the orbit where Sn's 5s orbit having oxygen defects on the surface or inside contributes greatly. Furthermore, since the 5s orbit of Sn greatly expands spatially, depending on the Sn spatial arrangement, high electrical conductivity can be advantageously provided. Since many transition metal oxides having a light absorption band in the ultraviolet region often have a low ability to move electrons, the introduction of the invention of this application introduces the wavelength sensitivity region of such materials as solar cells on the long wavelength side. In addition to expansion, the performance can be expected to be improved by reducing the internal resistance of the solar cell.

また青色の発光素子としてGaN半導体を利用することは既によく知られているが、結晶構造中に、4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域に
光吸収帯が存在する錫含有半導体金属酸化物、あるいは、錫を含有しない紫外線領域に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物にこの出願の発明を応用すれば、紫外線から可視光線領域の光を放射する発光素子(発光デバイス)を製作できる。母体結晶の選択により発光波長の調整自由度も大きい。
In addition, it is already well known to use a GaN semiconductor as a blue light-emitting element. However, the crystal structure includes a SnO 6 octahedron in which six oxygen atoms are coordinated with tetravalent Sn, and light in the ultraviolet region. If the invention of this application is applied to a tin-containing semiconductor metal oxide having an absorption band or a semiconductor metal oxide having a light absorption band in an ultraviolet region not containing tin, light in the visible light region is emitted from the ultraviolet ray. A light emitting element (light emitting device) can be manufactured. The degree of freedom in adjusting the emission wavelength is also great depending on the choice of the host crystal.

したがって、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物を発光素子として利用することもでき、実にさまざまな母体結晶に可視領域の発光機能を持たせることも可能である。画像表示装置の画素や建築材料の壁材に発光機能を持たせるなど、その応用範囲は広い。また、紫外線を入射すると、可視光を発光する光変換素子や、紫外線をエネルギー源とする発光素子などに利用することもできる。   Therefore, the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application can be used as a light-emitting element, and various host crystals can have a light-emitting function in the visible region. The application range is wide, such as providing a light emitting function to pixels of image display devices and wall materials of building materials. Further, it can be used for a light conversion element that emits visible light when ultraviolet light is incident, a light-emitting element that uses ultraviolet light as an energy source, and the like.

この出願の発明は紫外線あるいは可視光線領域の光検出素子としても利用できる。その仕組みは原理的には太陽電池とほとんど同様である。すなわち、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物は、その電子構造の特徴により、この出願の発明は目に見えない紫外線を自動的に可視光線に変換することができる場合があり、紫外線の存在を知らせる検出装置に使用する紫外線の光検出素子としての利用も考えられる。また、電気信号への変換が紫外線領域の光に限られていた多くの金属酸化物の応答波長範囲を可視光領域にも拡張でき可視光線の光検出素子としての利用も考えられ応用範囲が大きく広がるのである。   The invention of this application can also be used as a light detection element in the ultraviolet or visible light region. The mechanism is almost the same as that of solar cells in principle. That is, the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application may be able to automatically convert invisible ultraviolet light into visible light due to the characteristics of its electronic structure. The use as an ultraviolet light detection element used in a detection device for informing the presence is also conceivable. In addition, the response wavelength range of many metal oxides, whose conversion to electrical signals was limited to light in the ultraviolet region, can be extended to the visible light region, and it can be used as a photodetection element for visible light. It spreads.

また一方で、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の製造方法は、結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域に光吸収帯が存在
する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子1個
あるいは2個を取り去り、酸素原子が5配位したSnO5多面体あるいは酸素原子が4配
位したSnO4四面体構造を、表面あるいは内部に存在させ、前記半導体金属酸化物のバ
ンドキャップを小さくし、機能波長領域を長波長領域に拡張することを特徴としており、これにより、上記のような機能波長範囲が長波長側に大幅に拡張された、触媒、太陽電池、発光素子あるいは光検出素子に好適に用いることのできる錫含有半導体金属酸化物を製造することができるのである。
On the other hand, the method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide according to the invention of this application includes a SnO 6 octahedron in which six oxygen atoms are coordinated with tetravalent Sn in the crystal structure, and a light absorption band in the ultraviolet region. In the semiconductor metal oxide in which oxygen exists, one or two oxygen atoms are removed from the SnO 6 octahedron existing on the surface or inside, and the SnO 5 polyhedron in which oxygen atoms are pentacoordinated or SnO 4 in which oxygen atoms are tetracoordinated. A tetrahedral structure is present on the surface or inside, the band cap of the semiconductor metal oxide is reduced, and the functional wavelength region is extended to a long wavelength region. Thus, it is possible to produce a tin-containing semiconductor metal oxide that can be suitably used for a catalyst, a solar cell, a light-emitting element, or a light-detecting element.

このとき、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子を取り去るには、
各種還元処理やスパッタ技術等を応用することが可能であるが、他の方法も多数考えられる。
At this time, in order to remove oxygen atoms from the SnO 6 octahedron existing on the surface or inside,
Various reduction treatments and sputtering techniques can be applied, but many other methods are also conceivable.

またさらに、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の製造方法によって、紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物の、金属元素の一部あるいは全部を4価Snで置換することにより、表面あるいは内部にSnO6八面体を形成し、
その酸素原子の1個あるいは2個を取り去ることにより酸素が5配位したSnO5多面体
あるいは酸素が4配位したSnO4四面体構造を、表面あるいは内部に存在させて、前記
半導体金属酸化物のバンドギャップを小さくし、機能波長領域をより長波長領域に拡張することも可能であり、このとき、紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物が、酸化チタンである場合に、良好に機能波長領域を長波長領域に拡張することができ、とくに現在開発途上である酸化チタン太陽電池の発電波長領域を大幅に広げ、その発電効率を改善することが可能となるのである。同様の効果は酸化チタンに限らず、Zr、V、Nb、Ta、In、Znの酸化物に対しても期待できる。
Furthermore, according to the method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application, a part or all of the metal element of the semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region and containing no Sn is tetravalent. By substituting with Sn, SnO 6 octahedron is formed on the surface or inside,
By removing one or two of the oxygen atoms, a five-coordinated SnO 5 polyhedron or an oxygen four-coordinated SnO 4 tetrahedral structure is present on the surface or inside, and the semiconductor metal oxide It is also possible to reduce the band gap and extend the functional wavelength region to a longer wavelength region. At this time, a semiconductor metal oxide that has a light absorption band in the ultraviolet region and does not contain Sn is titanium oxide. In some cases, the functional wavelength region can be successfully extended to the long wavelength region, and in particular, the power generation wavelength region of the titanium oxide solar cell currently under development can be greatly expanded to improve its power generation efficiency. It is. Similar effects can be expected not only for titanium oxide but also for oxides of Zr, V, Nb, Ta, In, and Zn.

この場合も上記と同様に、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子を
取り去るには、各種還元処理やスパッタ技術等を応用することが可能であるが、他の方法も多数考えられる。
In this case as well, in order to remove oxygen atoms from the SnO 6 octahedron existing on the surface or inside, various reduction treatments and sputtering techniques can be applied, but many other methods are also conceivable. .

以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物およびその製造方法をさらに詳細に説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部についてはさまざまな態様が可能であることはいうまでもない。   Hereinafter, examples will be described with reference to the accompanying drawings, and the tin-containing semiconductor metal oxide and the manufacturing method thereof according to the invention of this application will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various modes are possible for details.

ルチル構造の酸化チタンへの応用を例にとって説明する。酸化錫SnO2はルチル構造
として安定に存在することが知られており、その格子定数はa=4.74Å、c=3.19Åである。一方、ルチル構造の酸化チタンの格子定数はa=4.59Å、c=2.96Åであり、ルチル構造のSnO2の格子定数に近い。したがって、表面のTiの一部をS
nで置換し、配位酸素に欠陥を設けることは比較的たやすい。
An application of rutile structure to titanium oxide will be described as an example. Tin oxide SnO 2 is known to exist stably as a rutile structure, and the lattice constants thereof are a = 4.74Å and c = 3.19Å. On the other hand, the lattice constants of rutile-structured titanium oxide are a = 4.59Å and c = 2.96Å, which are close to the lattice constant of rutile-structured SnO 2 . Therefore, a part of Ti on the surface is S
It is relatively easy to substitute with n to provide defects in the coordinated oxygen.

図1にルチル構造の酸化チタンの結晶構造の模式図を示す。また、図2に第一原理理論で計算されたルチル構造の酸化チタンの電子構造を示す。なお、図2中の実線はO2p軌道成分であって、鎖線がTi3d成分であり、点線が全成分を示している。チタンは酸素6個で囲まれておりTiO6八面体(1)を形成しており、またその電子構造の特徴は、
価電子帯頂上の(グラフの点線efのエネルギーレベルに対応する)固有電子波動関数成分の大部分がO2p軌道成分であり、伝導帯底部の状態の大部分はTi3d軌道成分である。紫外線領域に光吸収帯が存在することがよく知られており、ルチル構造の酸化チタンは、この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物における母体半導体金属酸化物の特徴を有
していることがわかる。
FIG. 1 shows a schematic diagram of the crystal structure of rutile titanium oxide. FIG. 2 shows the electronic structure of rutile-structured titanium oxide calculated by the first principle theory. Note that the solid line in FIG. 2 represents the O2p orbital component, the chain line represents the Ti3d component, and the dotted line represents all components. Titanium is surrounded by six oxygen atoms to form a TiO 6 octahedron (1).
Most of the intrinsic electron wave function component on the top of the valence band (corresponding to the energy level of the dotted line ef of the graph) is the O2p orbital component, and most of the state at the bottom of the conduction band is the Ti3d orbital component. It is well known that there is a light absorption band in the ultraviolet region, and that the rutile titanium oxide has the characteristics of the parent semiconductor metal oxide in the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application. Understand.

図3にこの酸化チタンの(001)表面のTiO6八面体(1)のそれぞれから酸素を
二つ取り去ったTiO4四面体(2)を含む場合の結晶表面構造の模式図を示し、図4に
酸化チタンの(001)表面のTiO6八面体(1)のそれぞれから酸素を二つ取り去っ
た物質の電子構造を示す。図2と図4からそれらのバンドギャップは2.7eVと2.6eVであって大きな違いはなく(この例ではその差は僅か0.1eV)、TiO6八面体
から酸素を取り去ってもバンドギャップを効果的に小さくすることができないことがわかる。チタンに対する酸素元素の配位数の変化はバンドギャップにあまり影響しないことがここで明らかとなるが、このことは一般に酸素6配位の遷移金属に対してその酸素の配位数を小さくしてもあまりバンドギャップを小さくすることは難しいことを示している。ところが、この酸化チタンのチタンの一部をSnに置換し、さらに表面のSnO6八面体の
酸素を抜き取ると状況は一変する。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the crystal surface structure in the case of including a TiO 4 tetrahedron (2) from which two oxygen atoms have been removed from each of the TiO 6 octahedrons (1) on the (001) surface of this titanium oxide. Shows the electronic structure of a material obtained by removing two oxygen atoms from each of the TiO 6 octahedrons (1) on the (001) surface of titanium oxide. From FIG. 2 and FIG. 4, the band gaps are 2.7 eV and 2.6 eV, and there is no significant difference (in this example, the difference is only 0.1 eV). Even if oxygen is removed from the TiO 6 octahedron, the band gap It can be seen that it cannot be effectively reduced. It becomes clear here that the change in the coordination number of the oxygen element with respect to titanium does not significantly affect the band gap, but this generally reduces the coordination number of the oxygen with respect to the oxygen 6-coordinated transition metal. However, it is difficult to reduce the band gap too much. However, the situation changes completely when a part of the titanium of the titanium oxide is replaced with Sn and oxygen in the SnO 6 octahedron on the surface is extracted.

図5に酸化チタンのチタンの半分を錫に置換し、SnTiO4を形成し、その表面Sn
6八面体から酸素を二つ取り去った時の電子構造を示す。そのバンドギャップは約1.
6eVであり、酸化チタンのバンドギャップとの差はおよそ1eVにもなる。酸化錫SnO2単結晶のバンドギャップの理論計算値は2.5eVであり、酸化チタンとほぼ同様で
あるが、酸化錫SnO2の表面のSnO6八面体の酸素を同様に二つ抜き取ったときのバンドギャップはおよそ1.6eVとなる。これらの例から、この出願の発明により、母体半導体金属酸化物のバンドギャップを小さくすること可能となることがわかる。
In FIG. 5, half of titanium of titanium oxide is replaced with tin to form SnTiO 4 , and its surface Sn
The electronic structure is shown when two oxygen atoms are removed from the O 6 octahedron. Its band gap is about 1.
The difference from the band gap of titanium oxide is about 1 eV. The theoretical calculated value of the band gap of the tin oxide SnO 2 single crystal is 2.5 eV, which is almost the same as that of titanium oxide, but when two oxygen atoms of the SnO 6 octahedron on the surface of the tin oxide SnO 2 are extracted in the same manner. The band gap is about 1.6 eV. From these examples, it can be seen that the band gap of the base semiconductor metal oxide can be reduced by the invention of this application.

以上のことからも、結晶構造中に、4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を
含み、かつ、紫外線領域に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体から酸素原子を1個あるいは2個取り去ることによりバンドギャ
ップを小さくできることがわかる。
From the above, the surface or the inside of the semiconductor metal oxide containing SnO 6 octahedron in which six oxygens are coordinated to tetravalent Sn and having a light absorption band in the ultraviolet region is included in the crystal structure. It can be seen that the band gap can be reduced by removing one or two oxygen atoms from the SnO 6 octahedron existing in the substrate.

以上の詳しく説明したとおり、この出願の発明は、4価のSnに対する酸素元素の配位数を制御することによりそのバンドギャップを制御し、紫外線領域に限定されがちな半導体金属酸化物でつくられる光触媒、太陽電池素子、発光素子、光検出素子の機能波長領域をより長波長側、例えば可視光領域に拡張するものである。本発明によれば、太陽光エネルギーを利用する場合、その波長感度領域をより広げることが可能であることから、光触媒による水からの水素や酸素の高効率な生成技術の発展や、高効率な太陽発電装置の開発に大きく貢献できるものと考えられる。おそらく、この出願の発明のもっとも偉大な点は、これまで注目されなかった実に多く金属酸化物に、実用性の高い、光触媒機能、太陽発電機能、発光機能、光検出機能等を付与しうる点である。比較的簡便に応用できる基本的な発明であるため、その意義は大きい。   As described in detail above, the invention of this application is made of a semiconductor metal oxide that tends to be limited to the ultraviolet region by controlling the band gap by controlling the coordination number of oxygen element to tetravalent Sn. The functional wavelength region of the photocatalyst, the solar cell element, the light emitting element, and the light detecting element is extended to a longer wavelength side, for example, a visible light region. According to the present invention, when using solar energy, it is possible to further expand the wavelength sensitivity region. Therefore, development of highly efficient generation technology of hydrogen and oxygen from water by a photocatalyst, and high efficiency It is thought that it can greatly contribute to the development of solar power generation equipment. Perhaps the greatest point of the invention of this application is that it can provide a highly practical photocatalytic function, solar power generation function, light emitting function, photodetection function, etc. to many metal oxides that have not been noticed so far. It is. Since it is a basic invention that can be applied relatively easily, its significance is significant.

この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の母体半導体金属酸化物の一実施形態を例示した模式図である。It is the schematic diagram which illustrated one Embodiment of the base | substrate semiconductor metal oxide of the tin containing semiconductor metal oxide of invention of this application. この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の母体半導体金属酸化物の一実施形態の電子構造のグラフである。It is a graph of the electronic structure of one Embodiment of the base | substrate semiconductor metal oxide of the tin containing semiconductor metal oxide of invention of this application. この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の母体半導体金属酸化物の一実施形態の表面から酸素を取り除いた場合の半導体金属酸化物を例示した模式図である。It is the schematic diagram which illustrated the semiconductor metal oxide at the time of removing oxygen from the surface of one Embodiment of the base | substrate semiconductor metal oxide of the tin containing semiconductor metal oxide of this invention. この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の母体半導体金属酸化物の一実施形態の表面から酸素を取り除いた場合の半導体金属酸化物の電子構造のグラフである。It is a graph of the electronic structure of the semiconductor metal oxide when oxygen is removed from the surface of one embodiment of the parent semiconductor metal oxide of the tin-containing semiconductor metal oxide of the invention of this application. この出願の発明の錫含有半導体金属酸化物の一実施形態の電子構造のグラフである。It is a graph of the electronic structure of one Embodiment of the tin containing semiconductor metal oxide of invention of this application.

符号の説明Explanation of symbols

1 TiO6八面体
2 TiO4四面体


1 TiO 6 octahedron 2 TiO 4 tetrahedron


Claims (15)

結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域
に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体
から酸素原子1個あるいは2個が取り去られ、酸素原子が5配位したSnO5多面体ある
いは酸素原子が4配位したSnO4四面体構造が、表面あるいは内部に存在しており、前
記半導体金属酸化物に比べて、バンドギャャップが小さく、機能波長領域が長波長領域に拡張されていることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物。
Include SnO 6 octahedra oxygen six tetravalent Sn in the crystal structure is coordinated, and a semiconductor metal oxide present light absorption band in the ultraviolet region, from SnO 6 octahedra present inside or on the surface One or two oxygen atoms are removed, and a SnO 5 polyhedron in which oxygen atoms are pentacoordinated or a SnO 4 tetrahedral structure in which oxygen atoms are tetracoordinated is present on the surface or inside, and the semiconductor metal oxide A tin-containing semiconductor metal oxide having a small band gap and a functional wavelength region extended to a long wavelength region as compared with a product.
光触媒、太陽電池、発光素子および光検出素子のうちのいずれかに用いられることを特徴とする請求項1記載の錫含有半導体金属酸化物。   The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein the tin-containing semiconductor metal oxide is used in any one of a photocatalyst, a solar cell, a light emitting element, and a light detecting element. 助触媒あるいは電極が担持されていることを特徴とする請求項1または2記載の錫含有半導体金属酸化物。   3. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein a promoter or an electrode is supported. 助触媒あるいは電極が、貴金属、遷移金属および酸化物のうちのいずれかであることを特徴とする請求項3記載の錫含有半導体金属酸化物。   4. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 3, wherein the promoter or the electrode is any one of a noble metal, a transition metal and an oxide. 助触媒あるいは電極が、Pt、Ni、IrO2、NiOxおよびRuO2のうちのいずれ
かであることを特徴とする請求項4記載の錫含有半導体金属酸化物。
The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 4, wherein the promoter or the electrode is any one of Pt, Ni, IrO 2 , NiO x and RuO 2 .
酸素製造用光触媒あるいは水素製造用光触媒として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein the tin-containing semiconductor metal oxide is used as a photocatalyst for oxygen production or a photocatalyst for hydrogen production. 水分解用光触媒として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, which is used as a photocatalyst for water splitting. 化学物質分解用光触媒または化学物質製造用光触媒として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, which is used as a photocatalyst for decomposing chemical substances or a photocatalyst for producing chemical substances. 蓄電装置あるいは発電装置に使用する太陽電池素子として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein the tin-containing semiconductor metal oxide is used as a solar cell element used in a power storage device or a power generation device. 画像表示装置、信号装置あるいは通信装置に使用する発光素子として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein the tin-containing semiconductor metal oxide is used as a light emitting element used in an image display device, a signal device or a communication device. 光検出装置に使用する光検出素子として用いられることを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の錫含有半導体金属酸化物。   6. The tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 1, wherein the tin-containing semiconductor metal oxide is used as a light detection element used in a light detection device. 結晶構造中に4価のSnに酸素6個が配位したSnO6八面体を含み、かつ紫外線領域
に光吸収帯が存在する半導体金属酸化物の、表面あるいは内部に存在するSnO6八面体
から酸素原子1個あるいは2個を取り去り、酸素原子が5配位したSnO5多面体あるい
は酸素原子が4配位したSnO4四面体構造を、表面あるいは内部に存在させ、前記半導
体金属酸化物に比べて、バンドギャップを小さくし、機能波長領域を長波長領域に拡張することを特徴とする錫含有半導体金属酸化物の製造方法。
Include SnO 6 octahedra oxygen six tetravalent Sn in the crystal structure is coordinated, and a semiconductor metal oxide present light absorption band in the ultraviolet region, from SnO 6 octahedra present inside or on the surface One or two oxygen atoms are removed and a five-coordinate SnO 5 polyhedron or a four-coordinate SnO 4 tetrahedral structure is present on the surface or inside, compared to the semiconductor metal oxide. A method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide, comprising reducing a band gap and extending a functional wavelength region to a long wavelength region.
紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物の、金属元素の一部あるいは全部を4価Snで置換することにより、表面あるいは内部にSnO6八面体
を形成し、そのSnO6八面体中の酸素原子の1個あるいは2個を取り去ることにより酸
素が5配位したSnO5多面体あるいは酸素が4配位したSnO4四面体構造を、表面ある
いは内部に存在させることを特徴とする錫含有半導体金属酸化物の製造方法。
By replacing part or all of the metal element with tetravalent Sn in the semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region and not containing Sn, a SnO 6 octahedron is formed on the surface or inside, By removing one or two of the oxygen atoms in the SnO 6 octahedron, an oxygen pentacoordinate SnO 5 polyhedron or an oxygen tetracoordinate SnO 4 tetrahedral structure is allowed to exist on the surface or inside. A method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide.
紫外線領域に光吸収帯が存在し、かつSnを含まない半導体金属酸化物が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化インジウムおよび酸化亜鉛のうちのいずれかであることを特徴とする請求項13記載の錫含有半導体金属酸化物の製造方法。   The semiconductor metal oxide having a light absorption band in the ultraviolet region and not containing Sn is any one of titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, indium oxide, and zinc oxide. The method for producing a tin-containing semiconductor metal oxide according to claim 13. 請求項8記載の化学物質分解用光触媒の存在下、有害化学物質に光を照射することを特徴とする有害化学物質の分解方法。

A method for decomposing a hazardous chemical substance, comprising irradiating the hazardous chemical substance with light in the presence of the photocatalyst for decomposing a chemical substance according to claim 8.

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