JP2012102001A - Aqueous solution for forming perovskite type oxide film - Google Patents

Aqueous solution for forming perovskite type oxide film Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous titanium solution stable over a long period, formable of a dense perovskite titanium oxide film exhibiting high photocatalytic activity, in a base material, in particular, even in an amorphous glass base material containing an alkali ion on its surface.SOLUTION: The aqueous titanium solution contains: a titanium complex in which a first ligand having 6 of coordination number to titanium ion, expressed by formula: Z-CO-CH-CO-Z(Zand Zare independently alkyl groups or alkoxy groups in the formula), and functioning as a bidentate ligand; a second ligand of carboxylate; a third ligand and a fourth ligand selected respectively from the group comprising alkoxides and hydroxide ions, and a fifth ligand of HO, are coordinated to the titanium ion, a metal ion capable of occupying an A site in a perovskite titanium oxide, and water as a solvent, and the aqueous titanium solution can form the dense perovskite titanium oxide film exhibiting the high photocatalytic activity, and is stable over the long period.

Description

本発明は、ペロブスカイト型チタン酸化物の膜形成が可能なチタン錯体を含む水溶液に関する。   The present invention relates to an aqueous solution containing a titanium complex capable of forming a perovskite-type titanium oxide film.

一般式ABOで表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物の中でも、Aサイトにカルシウム、ストロンチウム、バリウム、および鉛から選ばれる一種を含み、さらにBサイトにチタンを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物は、半導体性、誘電性、圧電性や焦電性などの電気特性に優れており、様々な電子部品に応用されている。 Among the composite oxides having a perovskite type crystal structure represented by the general formula ABO 3 , a perovskite type crystal containing at least one selected from calcium, strontium, barium and lead at the A site and further containing titanium at the B site A complex oxide having a structure is excellent in electrical characteristics such as semiconductor properties, dielectric properties, piezoelectricity, and pyroelectricity, and is applied to various electronic components.

例えば、高誘電率材料であるチタン酸バリウム(BaTiO)は、セラミックコンデンサとして実用化されており、Ca、Sr、Ba、Pbなどのシフターと呼ばれる金属元素でAサイトを一部置換することで温度依存性を制御可能であることが知られている。 For example, barium titanate (BaTiO 3 ), which is a high dielectric constant material, has been put into practical use as a ceramic capacitor, and by partially replacing the A site with a metal element called a shifter such as Ca, Sr, Ba, Pb, etc. It is known that temperature dependence can be controlled.

チタン酸ストロンチウム(SrTiO)も、高誘電率材料として知られており、キュリー点を持たないために誘電率の温度変化が小さいことからセラミックコンデンサの材料に用いられる。ニオブなどをドーピングすることで容易に電子伝導率を制御可能であるため、バリスタや熱電変換素子などへの応用も期待されている。 Strontium titanate (SrTiO 3 ) is also known as a high dielectric constant material, and since it does not have a Curie point, the temperature change of the dielectric constant is small, so it is used as a material for ceramic capacitors. Since electron conductivity can be easily controlled by doping with niobium or the like, application to varistors, thermoelectric conversion elements, and the like is also expected.

また、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)は紫外線を吸収可能なn型半導体として機能することも知られており、高活性な光触媒材料として注目されている。光触媒材料とは、バンド間遷移によって発生する電子及び正孔によって酸化分解現象や親水化現象を生じる材料であり、セルフクリーニング膜としての低環境負荷な美観維持や、太陽光による水の完全分解反応に基づく水素エネルギー生産が期待されている。 In addition, strontium titanate (SrTiO 3 ) is known to function as an n-type semiconductor capable of absorbing ultraviolet rays, and has attracted attention as a highly active photocatalytic material. Photocatalytic materials are materials that cause oxidative degradation and hydrophilization due to electrons and holes generated by interband transitions, maintain a low environmental impact aesthetics as a self-cleaning film, and completely decompose water by sunlight. Based on this, hydrogen energy production is expected.

しかしながら、SrTiOを光触媒材料として使用するには、以下のような課題があった。 However, the use of SrTiO 3 as a photocatalytic material has the following problems.

通常、最も簡便にSrTiO膜を製膜する手段としては、固相反応法により作成したSrTiO粒子を溶媒に分散させて、基材にコーティングするコロイド塗布法がある。しかしながら、固相反応法で作成されたSrTiOは一次粒子径で数百nmという粗大な粒子形状であることから、製膜後の膜は不透明で多孔質なものとなってしまう。 Usually, as means for film most easily SrTiO 3 film, a SrTiO 3 particles prepared by a solid phase reaction method is dispersed in a solvent, there is a colloidal coating method of coating the substrate. However, since SrTiO 3 prepared by the solid phase reaction method has a coarse particle shape with a primary particle size of several hundred nm, the film after film formation becomes opaque and porous.

また、チタン及びストロンチウムのアルコキシドや塩化物からなるモノマーを溶解した有機溶剤を基材に塗布した後に加熱して結晶化するゾル−ゲル法もSrTiO膜を製膜する手段として用いられている。しかしながら、有機溶剤を用いるために環境負荷が大きく、また水分の侵入による前駆体の加水分解反応により、溶液の経時劣化が起こり、性能のバラツキが大きくなることがある。 Further, a sol-gel method in which an organic solvent in which a monomer composed of titanium and strontium alkoxides or chlorides is dissolved is applied to a substrate and then heated to crystallize is also used as a means for forming an SrTiO 3 film. However, since an organic solvent is used, the environmental load is large, and the hydrolysis of the precursor due to the ingress of moisture may cause deterioration of the solution over time, resulting in large variations in performance.

この加水分解による加水分解反応を抑制する目的で、アルコキシ基が2つ結合し、更にβ−ジケトンが2つ配位したビスアセチルアセトナトチタン錯体と、Aサイトの金属元素を含む化合物とを含む溶液を用いて、基材にコーティングした後、焼き付けて結晶化させるゾル-ゲル法がある。この方法で作成されるSrTiO3膜は、緻密で透明〜半透明なものとなることが開示されている(特開2008−143760(特許文献1))。しかしながら、ここで用いられるビスアセチルアセトナトチタン錯体は、水溶性が極めて低く、長期保管による水の侵入により、溶解度が低下する恐れがある。   In order to suppress the hydrolysis reaction due to this hydrolysis, it includes a bisacetylacetonato titanium complex in which two alkoxy groups are bonded and two β-diketones are coordinated, and a compound containing a metal element at the A site. There is a sol-gel method in which a substrate is coated with a solution and then baked to crystallize. It is disclosed that the SrTiO3 film produced by this method is dense and transparent to translucent (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-143760 (Patent Document 1)). However, the bisacetylacetonatotitanium complex used here has extremely low water solubility, and the solubility may decrease due to water intrusion due to long-term storage.

更に、光触媒膜が抱える別の課題として、アモルファスガラス層が表面に含まれる基材(例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、釉薬処理した陶器等のセラミックス基材)に対して、酸化チタンやチタン酸ストロンチウムを含む膜を焼き付ける際に、400℃以上の温度で焼成した場合、基材のガラス層中の無機イオン成分(Na、K、Si4+等)が膜中に拡散してしまい、不純物相の生成や結晶成長の促進により、光触媒活性が顕著に低下することが知られている(「The Journal of Physical Chemistry」、2004年、108巻、8254〜8259ページ(非特許文献1))。 Furthermore, as another problem that the photocatalyst film has, titanium oxide and titanium can be used against a substrate (for example, ceramic substrate such as soda-lime glass, borosilicate glass, glaze-treated ceramics) containing an amorphous glass layer on the surface. When baking a film containing strontium acid when baking at a temperature of 400 ° C. or higher, inorganic ion components (Na + , K + , Si 4+, etc.) in the glass layer of the base material diffuse into the film, It is known that the photocatalytic activity is remarkably lowered by the generation of impurity phases and the promotion of crystal growth ("The Journal of Physical Chemistry", 2004, 108, 8254-8259 (Non-patent Document 1)). .

そのため、アモルファスガラス層が表面に含まれる基材への膜の焼き付けには、膜中への無機イオン成分の拡散を抑制するため、シリカ等の酸化物層からなるバリア層を基材と光触媒膜に挿入する等の方法が用いられる(特許2756474号(特許文献2))。   Therefore, when baking a film on a substrate having an amorphous glass layer on its surface, a barrier layer made of an oxide layer such as silica is used as a substrate and a photocatalytic film in order to suppress diffusion of inorganic ion components into the film. Or the like is used (Patent No. 2756474 (Patent Document 2)).

特開2008−143760号公報JP 2008-143760 A 特許2756474号Japanese Patent No. 2756474

「The Journal of Physical Chemistry」、2004年、108巻、8254〜8259ページ"The Journal of Physical Chemistry", 2004, 108, 8254-8259

本発明者らは、今般、アセチルアセトンのようはジケトン構造を有する配位子がチタンイオンに対して1個配位したチタン錯体と、ペロブスカイト型チタン酸化物のAサイトを占めうる金属化合物を含む水溶液が、長期に安定して存在し得るとの知見を得た。さらに、このような含水系組成物によれば、表面にアルカリイオンを含むアモルファスなガラス基材に対しても緻密な高活性光触媒膜が形成できるとの知見を得た。本発明はこれら知見に基づくものである。   The present inventors now have an aqueous solution containing a titanium complex in which a ligand having a diketone structure is coordinated to a titanium ion, such as acetylacetone, and a metal compound that can occupy the A site of a perovskite-type titanium oxide. However, it has been found that it can exist stably for a long time. Furthermore, according to such a water-containing composition, the knowledge was obtained that a dense highly active photocatalytic film can be formed even on an amorphous glass substrate containing alkali ions on the surface. The present invention is based on these findings.

従って、本発明は、安定なチタン錯体と金属元素を含む水溶液の提供をその目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an aqueous solution containing a stable titanium complex and a metal element.

また、本発明は、特に表面にアルカリイオンを含むアモルファスなガラス基材に対しても、緻密で高い光触媒活性を示すペロブスカイトチタン酸化物膜が形成できるチタン水溶液の提供をその目的としている。   Another object of the present invention is to provide an aqueous titanium solution capable of forming a dense perovskite titanium oxide film exhibiting high photocatalytic activity even on an amorphous glass substrate containing alkali ions on the surface.

そして、本発明によるチタン水溶液は、 チタンイオンに対する配位数が6であり、下記一般式(1)で表され、二座配位子として機能する第1の配位子と、
−CO−CH−CO−Z (1)
(式中、ZおよびZは、独立して、アルキル基またはアルコキシ基である。)
カルボキシラートである第2の配位子と、アルコキシドおよび水酸化物イオンからなる群から、独立してそれぞれ選択される第3の配位子および第4の配位子と、HOである第5の配位子と、がチタンイオンに配位してなるチタン錯体と、
ペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占め得る金属のイオンと、
溶媒としての水と、
を少なくとも含んでなることを特徴とするものである。
The titanium aqueous solution according to the present invention has a coordination number of 6 with respect to titanium ions, is represented by the following general formula (1), and functions as a bidentate ligand:
Z 1 —CO—CH 2 —CO—Z 2 (1)
(In the formula, Z 1 and Z 2 are each independently an alkyl group or an alkoxy group.)
A second ligand which is a carboxylate, a third ligand and a fourth ligand each independently selected from the group consisting of alkoxides and hydroxide ions, and H 2 O. A fifth complex formed by coordination with a titanium ion;
A metal ion capable of occupying the A site in the perovskite-type titanium oxide;
Water as solvent,
It is characterized by including at least.

また、上記本発明によるチタン水溶液は、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造するため用いることができる。   Moreover, the titanium aqueous solution according to the present invention can be used for producing a perovskite-type titanium oxide film.

さらに、本発明によれば、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜の製造方法が提供され、その方法は基材上に、上記のチタン水溶液を塗布し、該基材を焼成して被膜を形成させる工程を含んでなる。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for producing a perovskite-type titanium oxide coating, the method comprising: applying a titanium aqueous solution on a substrate and firing the substrate to form a coating. Comprising.

本発明の一つの態様によれば、上記のペロブスカイト型チタン酸化物被膜の製造方法において、前記基材が、アモルファスガラス層を少なくともその表面に有し、該アモルファスガラス層にチタン錯体及び二価のアルカリ土類金属化合物を含む溶液が塗布される。   According to one aspect of the present invention, in the method for producing a perovskite-type titanium oxide film, the substrate has an amorphous glass layer on at least a surface thereof, and the amorphous glass layer has a titanium complex and a divalent A solution containing an alkaline earth metal compound is applied.

さらに本発明によれば、ガラス基材上にペロブスカイト型チタン酸化物なる被膜が直接形成されている部材であって、前記ガラス基材は少なくとも被膜が形成される表面近傍にアルカリイオンを含有してなるものであり、前記ペロブスカイト型チタン酸化物からなる被膜は、一次粒子径が50nm以下であり、かつ、緻密な被膜であることを特徴とする部材が提供される。   Furthermore, according to the present invention, the glass substrate is a member in which a coating made of perovskite titanium oxide is directly formed, and the glass substrate contains alkali ions at least near the surface on which the coating is formed. The member made of the perovskite type titanium oxide has a primary particle diameter of 50 nm or less and is a dense film.

本発明によるチタン錯体を含むペロブスカイト型酸化物の膜形成用チタン水溶液は、長期保存下でも安定である。また、本発明によるチタン水溶液によれば、ガラスを含むアモルファス基材にも適用可能な緻密な高活性光触媒膜を実現できる。さらに、本発明によるチタン錯体を含むペロブスカイト型酸化物の膜形成用チタン水溶液にあっては、異種元素のドーピングも可能なことから、高活性な可視光応答性光触媒膜も作製可能であり、その結果、有機物および水を分解可能な膜を形成できる。   The titanium aqueous solution for forming a perovskite oxide film containing a titanium complex according to the present invention is stable even under long-term storage. In addition, according to the aqueous titanium solution of the present invention, a dense highly active photocatalytic film that can be applied to an amorphous substrate containing glass can be realized. Further, in the titanium aqueous solution for forming a film of perovskite oxide containing a titanium complex according to the present invention, since doping with a different element is possible, a highly active visible light responsive photocatalytic film can also be produced. As a result, a film capable of decomposing organic matter and water can be formed.

本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例1のSrTiO膜表面の電子顕微鏡写真(倍率 30,000倍)である。この写真より、膜表面には、目立ったクラックがなく、非常に平滑な表面を有することが分かる。It is an electron micrograph of SrTiO 3 film surface of Example 1 obtained by the water-based coating solution of the present invention (magnification of 30,000 times). From this photograph, it can be seen that the film surface has no noticeable cracks and has a very smooth surface. 本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例1のSrTiO膜表面の電子顕微鏡写真(倍率 100,000倍)である。この写真より、30nm程度の一次粒子が非常に緻密にパッキングされていることが分かる。It is an electron micrograph of SrTiO 3 film surface of Example 1 obtained by the water-based coating solution of the present invention (magnification 100,000 ×). From this photograph, it can be seen that primary particles of about 30 nm are packed very densely. 本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例2のSrTiO膜表面の電子顕微鏡写真(倍率 100,000倍)である。It is an electron micrograph (magnification 100,000 times) of the surface of the SrTiO 3 film of Example 2 obtained by the water-containing coating liquid according to the present invention. 本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例4のSrTiO膜表面の電子顕微鏡写真(倍率 100,000倍)である。It is an electron micrograph (magnification 100,000 times) of the surface of the SrTiO 3 film of Example 4 obtained by the water-containing coating liquid according to the present invention. 本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例2のSrTiO膜表面のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the surface of the SrTiO 3 film of Example 2 obtained by the water-containing coating liquid according to the present invention. 本発明による含水系コーティング液によって得られた実施例4のSrTiO膜表面のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of the surface of the SrTiO 3 film of Example 4 obtained by the water-containing coating liquid according to the present invention.

チタン錯体
本発明に用いられるチタン錯体は、チタンイオンに対する配位数が6であるチタン錯体であって、5つの配位子がチタンイオンに配位してなることを特徴する。そして、その第1の配位子は、下記一般式(1)で表され、二座配位子として機能するものである。
−CO−CH−CO−Z (1)
(式中、ZおよびZは、独立して、アルキル基またはアルコキシ基であり、好ましくはC1−6アルキル基またはC1−6アルコキシ基である。)
Titanium complex The titanium complex used in the present invention is a titanium complex having a coordination number of 6 with respect to titanium ions, and is characterized in that five ligands are coordinated to titanium ions. And the 1st ligand is represented by following General formula (1), and functions as a bidentate ligand.
Z 1 —CO—CH 2 —CO—Z 2 (1)
(In the formula, Z 1 and Z 2 are each independently an alkyl group or an alkoxy group, preferably a C 1-6 alkyl group or a C 1-6 alkoxy group.)

本発明の好ましい態様によれば、この第1の配位子はより好ましくはアセチルアセトナトまたはアセト酢酸エチルである。   According to a preferred embodiment of the present invention, this first ligand is more preferably acetylacetonate or ethyl acetoacetate.

本発明によるチタン錯体の第2の配位子はカルボキシラートであり、好ましくは式R−COO(式中、RはC1−4アルキル基である)で表わされる基であるか、または炭素数1〜6のヒドロキシ酸またはジカルボン酸の共役塩基である。第2の配位子の好ましい具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、酒石酸、シュウ酸、およびクエン酸から選ばれるカルボン酸の共役塩基であり、焼成後の膜中に残さが少ないことから最も好ましいのは酢酸の共役塩基である酢酸イオンである。 The second ligand of the titanium complexes according to the invention is a carboxylate, preferably of the formula R 1 -COO - or a group represented by (wherein, R 1 is C 1-4 alkyl group), Alternatively, it is a conjugate base of a hydroxy acid or dicarboxylic acid having 1 to 6 carbon atoms. A preferred specific example of the second ligand is a conjugate base of a carboxylic acid selected from acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, tartaric acid, oxalic acid, and citric acid, and there is little residue in the film after firing. Therefore, acetate ion which is a conjugate base of acetic acid is most preferable.

本発明に用いるチタン錯体の第3の配位子および第4の配位子は、アルコキシドおよび水酸化物イオンからなる群から、独立してそれぞれ選択されるものであり、好ましくは式R−O(式中、RはC1−6アルキル基である)で表わされるアルコキシドであり、最も好ましくはイソプロポキシ基である。 The third and fourth ligands of the titanium complex used in the present invention are each independently selected from the group consisting of alkoxides and hydroxide ions, and preferably have the formula R 2 − An alkoxide represented by O (wherein R 2 is a C 1-6 alkyl group), and most preferably an isopropoxy group.

本発明に用いるチタン錯体は水溶性であり、かつ水中で安定して存在する。以下の理論に拘束されることを意図するものではないが、その理由は、以下のように考えられる。通常6配位構造が安定なチタンイオンでは、2つの空の軌道に配位した水分子が、チタンイオンに求核攻撃することで加水分解反応が進み、やがて不溶性のアモルファス凝集体を形成して沈殿するに至る。しかし、本発明によるチタン錯体では、式(1)で表わされるジケトン化合物及び有機カルボン酸イオン(カルボキシラート)がチタンイオンに結合することで配位数が増加し、水の求核攻撃に対して安定性が高くなることで、安定に水溶液で存在可能となると考えられる。   The titanium complex used in the present invention is water-soluble and exists stably in water. Although not intended to be bound by the following theory, the reason is considered as follows. In titanium ions, which normally have a six-coordinate structure, water molecules coordinated in two empty orbitals undergo a nucleophilic attack on the titanium ions, leading to a hydrolysis reaction that eventually forms insoluble amorphous aggregates. To settle. However, in the titanium complex according to the present invention, the diketone compound represented by the formula (1) and the organic carboxylate ion (carboxylate) are bonded to the titanium ion, so that the coordination number is increased. It is considered that the stability can be stably present in an aqueous solution by increasing the stability.

ペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占め得る金属のイオン
本発明によるチタン水溶液は、ペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトをしめ得る金属イオンを含む。この金属イオンは、好ましくはCa、Sr、BaおよびPbからなる群から選択される金属元素のイオンである。
Metal ions capable of occupying the A site in the perovskite type titanium oxide The aqueous titanium solution according to the present invention contains metal ions capable of showing the A site in the perovskite type titanium oxide. This metal ion is preferably an ion of a metal element selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba and Pb.

溶媒
本発明によるチタン水溶液は、溶媒として水を含んでなる。さらに本発明の好ましい態様によれば、溶媒として、水よりも比誘電率が低く、水と相溶性があり、かつ非アルカリ性の第二溶媒を含んでなることが、上記チタン錯体の溶解度を高めることができることから好ましい。第二溶媒の好ましい具体例としては、一価アルコール、ジオールグリコール系溶媒、エチレングリコール系溶媒、グリセリン系溶媒、セロソルブ系溶媒、およびカルビトール系溶媒が挙げられる。
Solvent The aqueous titanium solution according to the present invention comprises water as a solvent. Furthermore, according to a preferred aspect of the present invention, the solvent has a relative dielectric constant lower than that of water, is compatible with water, and contains a non-alkaline second solvent, thereby increasing the solubility of the titanium complex. This is preferable. Preferable specific examples of the second solvent include monohydric alcohols, diol glycol solvents, ethylene glycol solvents, glycerol solvents, cellosolve solvents, and carbitol solvents.

第二溶媒の具体例としては、一価アルコール、好ましくは低級一価アルコールとして、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロピルアルコール)、1−ブタノール(n−ブタノール)、2−ブタノール(sec−ブタノール)、2−メチル−1−プロパノール(イソブタノール)、2−メチル−2−プロパノール(tert−ブタノール)などが挙げられる。   Specific examples of the second solvent include monohydric alcohols, preferably lower monohydric alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol), 1-butanol (n-butanol), 2-butanol ( sec-butanol), 2-methyl-1-propanol (isobutanol), 2-methyl-2-propanol (tert-butanol) and the like.

また、グリコール系溶媒としては、1,2−エタンジオール(エチレングリコール)、1,2−プロパンジオール(プロピレングリコール)、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオールなどが挙げられ、またエチレングリコール系溶剤としては、2,2‘−オキシジエタノール(ジエチレングリコール)、トリエチレングリコールなどが挙げられる。   Examples of glycol solvents include 1,2-ethanediol (ethylene glycol), 1,2-propanediol (propylene glycol), 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, and 1,3-butanediol. 1,4-butanediol, 2,3-butanediol and the like, and examples of the ethylene glycol solvent include 2,2′-oxydiethanol (diethylene glycol), triethylene glycol and the like.

また、グリセリン系溶剤としては、1,2,3−プロパントリオールなどが、セロソルブ系溶剤としては、エチレングリコールのモノエステルが、より具体的にはエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルセロソルブ)、エチレングリコールモノエチルエーテル(エチルセロソルブ・セロソルブ)、エチレングリコールモノプロピルエーテル(プロピルセロソルブ)、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)などが挙げられる。   Examples of glycerin solvents include 1,2,3-propanetriol, and cellosolve solvents include ethylene glycol monoesters, more specifically ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve) and ethylene glycol monoethyl. Examples include ether (ethyl cellosolve / cellosolve), ethylene glycol monopropyl ether (propyl cellosolve), and ethylene glycol monobutyl ether (butyl cellosolve).

また、カルビトール系溶媒としては、ジエチレングリコールのモノエステルが、より具体的にはジエチレングリコールモノメチルエーテル(メチルカルビトール)、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(エチルカルビトール・カルビトール)、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル(プロピルカルビトール)、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)などが挙げられる。   Further, as carbitol solvents, diethylene glycol monoesters are more specifically, diethylene glycol monomethyl ether (methyl carbitol), diethylene glycol monoethyl ether (ethyl carbitol / carbitol), diethylene glycol monopropyl ether (propyl carbitol). ), Diethylene glycol monobutyl ether (butyl carbitol) and the like.

チタン錯体の調製
本発明に用いられる水溶性チタン錯体は、チタン前駆体を原料として、逐次的に式(1)で表わされるジケトン化合物及びカルボキシラートをチタンイオンに結合させることにより得ることが出来る。
Preparation of Titanium Complex The water-soluble titanium complex used in the present invention can be obtained by sequentially bonding a diketone compound represented by the formula (1) and a carboxylate to titanium ions using a titanium precursor as a raw material.

具体的には、チタンアルコキシドまたは四塩化チタン等の前駆体化合物と、式(1)で表わされるジケトン化合物を混合し撹拌することで、チタン‐アセチルアセトン錯体を得て、このチタン‐アセチルアセトン錯体を、有機カルボン酸を含む水溶液に徐々に撹拌しながら添加することで、本発明によるチタン錯体を含む、安定な水溶液を得ることができる。反応は、0℃以上の温度、好ましくは室温付近の温度(約20℃)で行うことができるが、より好ましくは、ケトン化合物及び酢酸とチタンイオンとの結合形成を促進するために、40〜90℃の温度で加熱しながら撹拌することで、より安定なチタン錯体を含む水溶液を調製可能となる。このような方法で得られたチタン錯体の含む水溶液は、1年以上の室温での保管後も沈殿物の形成がなく、優れた安定性を有する。   Specifically, a titanium-acetylacetone complex is obtained by mixing and stirring a precursor compound such as titanium alkoxide or titanium tetrachloride and a diketone compound represented by the formula (1). A stable aqueous solution containing the titanium complex according to the present invention can be obtained by gradually adding to an aqueous solution containing an organic carboxylic acid while stirring. The reaction can be carried out at a temperature of 0 ° C. or higher, preferably at a temperature around room temperature (about 20 ° C.). More preferably, in order to promote bond formation between a ketone compound and acetic acid and titanium ions, By stirring while heating at a temperature of 90 ° C., a more stable aqueous solution containing a titanium complex can be prepared. The aqueous solution containing the titanium complex obtained by such a method has no stability even after storage at room temperature for one year or more, and has excellent stability.

チタン水溶液の製造およびペロブスカイト型チタン酸化物被膜の製造
上記の様にして得た、本発明によるチタン錯体を含む含水溶液に対して、二価の金属イオン化合物を添加して、本発明によるチタン水溶液を得る。この水溶液は、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造するために用いることができる。
Production of titanium aqueous solution and production of perovskite-type titanium oxide film To the aqueous solution containing the titanium complex according to the present invention obtained as described above, a divalent metal ion compound is added, and the titanium aqueous solution according to the present invention is added. Get. This aqueous solution can be used to produce a perovskite-type titanium oxide film.

本発明による水溶液に添加されるペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占めうる金属イオンは、この金属イオンをカチオンとして含む水溶性化合物として添加されればよく、そのアニオン成分としては、硝酸、塩化物、臭化物、酢酸、硫酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、リンゴ酸、アセチルアセトンから選ばれる少なくとも一種を含むものが好適に用いられる。   The metal ion that can occupy the A site in the perovskite-type titanium oxide added to the aqueous solution according to the present invention may be added as a water-soluble compound containing this metal ion as a cation. , Bromide, acetic acid, sulfuric acid, citric acid, lactic acid, tartaric acid, malic acid, and at least one selected from acetylacetone are preferably used.

本発明によるチタン水溶液を、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造するためのコーティング液として提供する場合、その水と上述の第二溶媒とを組み合わせて溶媒とすることが好ましく、この態様においてコーティング液に含まれる水の含有濃度としては1〜50wt%が好ましい。この範囲内で水を含有することにより、加水分解反応に対して安定で、しかも良好な製膜が可能となる。   When the titanium aqueous solution according to the present invention is provided as a coating liquid for producing a perovskite-type titanium oxide film, it is preferable to use the water and the above-mentioned second solvent in combination as a solvent. The contained concentration of water is preferably 1 to 50 wt%. By containing water within this range, it is possible to form a film which is stable and favorable for the hydrolysis reaction.

本発明によるチタン水溶液を、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造するためのコーティング液として提供する場合、チタン錯体及びペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占めうる金属の濃度は、好ましくは0.01M以上10M以下であり、より好ましくは0.1M以上1M以下である。とりわけこの濃度範囲においてコーティング液は、沈殿の形成がなく、長期間室温で安定である。   When the titanium aqueous solution according to the present invention is provided as a coating liquid for producing a perovskite-type titanium oxide film, the concentration of the metal that can occupy the A site in the titanium complex and the perovskite-type titanium oxide is preferably 0.01 M or more. It is 10M or less, More preferably, it is 0.1M or more and 1M or less. In particular, in this concentration range, the coating solution is stable at room temperature for a long time without formation of a precipitate.

本発明によるコーティング液は、汎用のコーティング方法を用いることで、種々の基材上での薄膜形成が可能であり、さらに膜形成後に焼成することで、ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造することができる。すなわち、一般式ABOで表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物であって、Aサイトにカルシウム、ストロンチウム、バリウム、および鉛から選ばれる一種を含み、さらにBサイトにチタンを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物は、半導体性、誘電性、圧電性や焦電性などの電気特性に優れており、様々な電子部品に応用される。本発明によれば、高活性な誘電体あるいは光触媒膜とすることができる。 The coating liquid according to the present invention can form a thin film on various substrates by using a general-purpose coating method, and further, can produce a perovskite type titanium oxide film by baking after the film formation. it can. That is, a composite oxide having a perovskite type crystal structure represented by the general formula ABO 3 , wherein the A site contains one kind selected from calcium, strontium, barium, and lead, and the B site contains titanium. A complex oxide having a type crystal structure is excellent in electrical properties such as semiconductor properties, dielectric properties, piezoelectricity, pyroelectricity, and the like, and is applied to various electronic components. According to the present invention, a highly active dielectric or photocatalytic film can be obtained.

コーティング方法は特に限定されないが、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、フローコート法、バーコート法等のコーティング方法を用いることができる。また、基材との濡れ性を向上させるために、コーティング液に界面活性剤を添加することも可能である。さらに、基材としては、400℃以上の焼き付けが可能なものであれば、特に限定されないが、ガラス、石英、セラミックス、タイル、施釉タイル、陶器、磁器等を用いることができる。   Although the coating method is not particularly limited, a coating method such as a spin coating method, a dip coating method, a spray coating method, a flow coating method, a bar coating method, or the like can be used. Moreover, in order to improve the wettability with a base material, it is also possible to add surfactant to a coating liquid. Furthermore, the base material is not particularly limited as long as it can be baked at 400 ° C. or higher, and glass, quartz, ceramics, tiles, glazed tiles, ceramics, porcelain, and the like can be used.

本発明によるコーティング液によるペロブスカイト型チタン酸化物被膜を生成するための焼成は、400℃以上900℃以下の広い温度域で行うことが可能であり、焼成により、強固な密着性による高い耐摺動性と、優れた誘電特性あるいは光触媒活性を両立可能となる。また本発明によるコーティング液によれば、ソーダライムガラスや施釉タイル等のアモルファスな表面構造をもった基材においても、800℃までの焼成温度において、ペロブスカイト型酸化物の結晶化が可能であり、得られた膜は優れた誘電特性あるいは光触媒活性を発揮する。アモルファスガラス層が表面に含まれる基材(例えば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、釉薬処理した陶器等のセラミックス基材)に対して、ペロブスカイト型酸化物として膜を焼き付ける際、400℃以上の温度で焼成した場合、基材のガラス層中の無機イオン成分(Na+、K+、Si4+等)が膜中に拡散してしまうおそれがある。しかしながら、本発明にあっては、コーティング後の膜が、基板上で乾燥する段階でチタン錯体と金属が一部架橋した緻密な組織構造を形成可能であることから、焼成時に膜内部へ無機イオン成分が拡散するための主な経路である空孔や粒界がごく少ない。よって、無機イオン成分の膜内部への拡散が抑えられることにより、例えば400℃という比較的低温領域でも結晶化が起こり、不純物も少ないことから、高い光触媒活性を発揮することができる。 Firing to produce a perovskite-type titanium oxide film with the coating liquid according to the present invention can be performed in a wide temperature range of 400 ° C. or more and 900 ° C. or less, and the firing provides high sliding resistance due to strong adhesion. Compatibility with excellent dielectric properties or photocatalytic activity. Further, according to the coating liquid according to the present invention, even in a base material having an amorphous surface structure such as soda lime glass or glazed tile, the perovskite oxide can be crystallized at a firing temperature up to 800 ° C., The resulting film exhibits excellent dielectric properties or photocatalytic activity. When a film is baked as a perovskite oxide on a substrate containing an amorphous glass layer on its surface (for example, a ceramic substrate such as soda lime glass, borosilicate glass or glaze-treated ceramics), a temperature of 400 ° C. or higher In the case of firing with, the inorganic ion components (Na + , K + , Si 4+, etc.) in the glass layer of the substrate may diffuse into the film. However, in the present invention, the coated film can form a dense structure in which the titanium complex and the metal are partially crosslinked at the stage of drying on the substrate. There are very few vacancies and grain boundaries, which are the main routes for the diffusion of components. Therefore, since the diffusion of the inorganic ion component into the film is suppressed, crystallization occurs even in a relatively low temperature region of, for example, 400 ° C., and since there are few impurities, a high photocatalytic activity can be exhibited.

本発明によるコーティング液により得られた膜は、微粒子構造でかつ緻密であり、好ましくは50nm以下の一次粒子径の微粒子からなる。例えば、800℃・1時間で、施釉タイル上に焼き付けた場合でも、50nm以下の非常に小さい一次粒子径の微粒子からなる緻密な膜を得ることができる。一次粒子径が小さく、かつ緻密であることで、高い耐摺動性と優れた光触媒活性を両立可能であると考えられる。   The film obtained by the coating liquid according to the present invention has a fine particle structure and is dense, and preferably comprises fine particles having a primary particle size of 50 nm or less. For example, even when baked on a glazed tile at 800 ° C. for 1 hour, a dense film made of fine particles having a very small primary particle diameter of 50 nm or less can be obtained. It is considered that both high sliding resistance and excellent photocatalytic activity can be achieved by having a small primary particle size and being dense.

また本発明の水系コーティング剤による製膜と焼成を行った膜の膜厚は、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルピロリドン(PVP)、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の高分子バインダーを添加することで、クラックの発生なしに増加させることが可能である。よって、膜厚は特に限定されないが、好ましくは、5nm以上10μm以下である。 In addition, the film thickness of the film formed and fired by the aqueous coating agent of the present invention is such that a polymer binder such as polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG), polyvinyl pyrrolidone (PVP), ethyl cellulose, polyvinyl butyral is added. By doing so, it is possible to increase without the occurrence of cracks. Therefore, the film thickness is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more and 10 μm or less.

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention. The present invention is not limited to these examples.

実施例1
チタン錯体及びストロンチウムを含む含水溶液の作製
20mLサンプル瓶に、アセチルアセトン(和光純薬製)0.02mol(2.003g)を添加し、室温で撹拌しながら、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬製)0.02mol(5.684g)を約5分かけて約0.2gずつ添加した。添加後、5分間撹拌を行うことで、チタン‐アセチルアセトン錯体を含む黄色溶液を作製した。このチタン‐アセチルアセトン黄色溶液を、0.32mol/Lの酢酸水溶液50mLに、室温で攪拌しながら、約0.2mLずつ、約5分かけて添加した。添加後、室温で約1時間攪拌を行い、更に60℃で約1時間撹拌を行うことで、水溶性チタン錯体を含む黄色透明な水溶液を作製した。次いで、硝酸ストロンチウム(和光純薬製)0.02mol(4.236g)を蒸留水に50mLに溶解したものを、チタン錯体を含む水溶液に添加し、室温で1時間、50℃で3時間撹拌を行い、黄色懸濁液を作製した。この懸濁液を遠心分離機にて4000rpmで5分処理することで、黄白色ゲルを沈殿として回収した(含水量:5.0g)。この黄白色ゲルにエタノール45mLを添加して、30分撹拌することで、黄色透明な水溶液を得た。このコーティング液は、室温で半年間静置した後も、凝集することなく安定な性状を維持していた。
Example 1
Preparation of aqueous solution containing titanium complex and strontium To a 20 mL sample bottle, 0.02 mol (2.003 g) of acetylacetone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred at room temperature while titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. ) 0.02 mol (5.684 g) was added in about 0.2 g portions over about 5 minutes. A yellow solution containing a titanium-acetylacetone complex was prepared by stirring for 5 minutes after the addition. This titanium-acetylacetone yellow solution was added to 50 mL of a 0.32 mol / L acetic acid aqueous solution in about 0.2 mL portions over about 5 minutes while stirring at room temperature. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for about 1 hour, and further stirred at 60 ° C. for about 1 hour to prepare a yellow transparent aqueous solution containing a water-soluble titanium complex. Next, 0.02 mol (4.236 g) of strontium nitrate (made by Wako Pure Chemical Industries) dissolved in 50 mL of distilled water is added to an aqueous solution containing a titanium complex, and stirred at room temperature for 1 hour and at 50 ° C. for 3 hours. To produce a yellow suspension. This suspension was treated with a centrifugal separator at 4000 rpm for 5 minutes to recover a yellowish white gel as a precipitate (water content: 5.0 g). To this yellowish white gel, 45 mL of ethanol was added and stirred for 30 minutes to obtain a yellow transparent aqueous solution. This coating solution maintained stable properties without agglomeration after standing at room temperature for half a year.

含水系コーティング液によるペロブスカイト型SrTiO 膜の作製
前記のように作製した含水系コーティング液を用いて、施釉タイル(6cm×4cm×1cm厚)を基板として、スピンコート法による製膜を行った。作製条件としては、含水系コーティング液を約1mL分取して、基板に展開し、5000rpmで10秒間スピンすることで製膜を行った。室温で約1時間、更に60℃で1時間乾燥した後、800℃で1時間焼成することで、SrTiO膜を作製した。
Production of Perovskite SrTiO 3 Film Using Water-containing Coating Liquid Using the water-containing coating liquid produced as described above, a film was formed by spin coating using a glazed tile (6 cm × 4 cm × 1 cm thickness) as a substrate. As production conditions, about 1 mL of a water-containing coating solution was collected, spread on a substrate, and spun at 5000 rpm for 10 seconds to form a film. After drying at room temperature for about 1 hour and further at 60 ° C. for 1 hour, SrTiO 3 film was produced by baking at 800 ° C. for 1 hour.

実施例2
チタン錯体及びストロンチウムを含む含水溶液の作製
20mLサンプル瓶に、アセチルアセトン(和光純薬製)0.02mol(2.003g)を添加し、室温で撹拌しながら、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬製)0.02mol(5.684g)を約5分かけて約0.2gずつ添加した。添加後、5分間撹拌を行うことで、チタン‐アセチルアセトン錯体を含む黄色溶液を作製した。このチタン‐アセチルアセトン黄色溶液を、0.32mol/Lの酢酸水溶液50mLに、室温で攪拌しながら、約0.2mLずつ、約5分かけて添加した。添加後、室温で約1時間攪拌を行い、更に60℃で約1時間撹拌を行うことで、水溶性チタン錯体を含む黄色透明な水溶液を作製した。次いで、酢酸ストロンチウム0.5水和物(和光純薬製)0.02molを蒸留水に10mLに溶解したものを、チタン錯体を含む水溶液に添加し、室温で1時間、50℃で3時間撹拌を行い、黄色懸濁液を作製した。この懸濁液に、エタノール10mLを添加して、30分撹拌することで、黄色透明な水溶液を得た。このコーティング液は、室温で半年間静置した後も、凝集することなく安定な性状を維持していた。
含水系コーティング液によるペロブスカイト型SrTiO 膜の作製
前記のように作製した含水系コーティング液を用いて、石英基板(5cm×5cm×1mm厚)を基板として用いた以外は、実施例1と同様の方法で製膜した。乾燥後、900℃で5時間焼成を行い、SrTiO膜を作製した。
Example 2
Preparation of aqueous solution containing titanium complex and strontium To a 20 mL sample bottle, 0.02 mol (2.003 g) of acetylacetone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred at room temperature while titanium tetraisopropoxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added. ) 0.02 mol (5.684 g) was added in about 0.2 g portions over about 5 minutes. A yellow solution containing a titanium-acetylacetone complex was prepared by stirring for 5 minutes after the addition. This titanium-acetylacetone yellow solution was added to 50 mL of a 0.32 mol / L acetic acid aqueous solution in about 0.2 mL portions over about 5 minutes while stirring at room temperature. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for about 1 hour, and further stirred at 60 ° C. for about 1 hour to prepare a yellow transparent aqueous solution containing a water-soluble titanium complex. Subsequently, 0.02 mol of strontium acetate hemihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 10 mL of distilled water is added to an aqueous solution containing a titanium complex, and stirred at room temperature for 1 hour and at 50 ° C. for 3 hours. To prepare a yellow suspension. To this suspension, 10 mL of ethanol was added and stirred for 30 minutes to obtain a yellow transparent aqueous solution. This coating solution maintained stable properties without agglomeration after standing at room temperature for half a year.
Production of perovskite-type SrTiO 3 film with water-containing coating solution The same as Example 1 except that the quartz substrate (5 cm × 5 cm × 1 mm thickness) was used as the substrate using the water-containing coating solution produced as described above. The film was formed by the method. After drying, baking was performed at 900 ° C. for 5 hours to produce a SrTiO 3 film.

実施例3
各種アルコールを添加した含水溶液の作製
実施例2で使用した共溶媒であるエタノールに変えて、それぞれメタノール(和光純薬製)、1−プロパノール(和光純薬製)、1−ブタノール(和光純薬製)、またはエチレングリコール(和光純薬製)を添加した以外は、実施例2と同様の方法で各種含水溶液を作製した。これらの含水溶液は、すべて黄色透明な水溶液であり、このコーティング液は、室温で1カ月間静置した後も、凝集することなく安定な性状を維持していた。
Example 3
Preparation of aqueous solutions containing various alcohols Methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 1-propanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 1-butanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1-butanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used in place of ethanol as the co-solvent used in Example 2. Product) or ethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and various aqueous solutions were prepared in the same manner as in Example 2. These aqueous solutions were all yellow and transparent, and this coating solution maintained stable properties without agglomeration even after standing at room temperature for 1 month.

実施例4
実施例2で作製した含水溶液に、塩化ロジウム(III)三水和物のブタノール溶液(9.38重量%[Rh])を徐々に添加し、室温で30分撹拌することで、黄色透明な水溶液を作製した。これを、実施例1と同様の方法で製膜した。乾燥後、900℃で5時間焼成を行い、SrTiO膜を作製した。
Example 4
A butanol solution of rhodium (III) chloride trihydrate (9.38 wt% [Rh]) was gradually added to the aqueous solution prepared in Example 2, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. An aqueous solution was prepared. This was formed into a film by the same method as in Example 1. After drying, baking was performed at 900 ° C. for 5 hours to produce a SrTiO 3 film.

SrTiO 膜の膜特性評価
走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−800)により、実施例1のSrTiO膜表面の構造観察を行った。低倍率(倍率 30,000倍)での電子顕微鏡写真を図1に示す。この膜表面には、目立ったクラックがなく、非常に平滑な表面を有することが分かる。また高倍率(倍率 100,000倍)での観察写真を図2に示す。この写真から20nm程度の一次粒子が非常に緻密にパッキングされていることが分かる。また、実施例2および実施例4の高倍率での観察写真を図3および図4として示す。この写真から、900℃という高温で焼成後も、約30nmの微粒子が緻密にパッキングされた膜であることが確認できた。また、X線回折測定(XRD:パナリティカル製、“X−pert Pro”)により、膜の結晶構造を調べた。その結果、実施例1のSrTiO膜は、ペロブスカイト型SrTiOの単相膜からなることが明らかとなった。さらに、実施例2および実施例4の結晶構造を同様に調べた。その結果、図5および図6にそれぞれ示されるXRD回折パターンから、実施例1と同様のペロブスカイト型SrTiOの単相膜であることが確認された。
SrTiO 3 film of film characterization scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., S-800) by, were subjected to structural observation of SrTiO 3 film surface of Example 1. An electron micrograph at a low magnification (magnification of 30,000) is shown in FIG. It can be seen that the film surface has no noticeable cracks and has a very smooth surface. Moreover, the observation photograph in high magnification (magnification 100,000 times) is shown in FIG. From this photograph, it can be seen that primary particles of about 20 nm are packed very densely. Moreover, the observation photograph in the high magnification of Example 2 and Example 4 is shown as FIG. 3 and FIG. From this photograph, even after firing at a high temperature of 900 ° C., it was confirmed that the film was packed with fine particles of about 30 nm densely. Further, the crystal structure of the film was examined by X-ray diffraction measurement (XRD: “X-pert Pro” manufactured by Panalical). As a result, it was revealed that the SrTiO 3 film of Example 1 was composed of a single-phase film of perovskite type SrTiO 3 . Further, the crystal structures of Example 2 and Example 4 were similarly examined. As a result, it was confirmed from the XRD diffraction patterns shown in FIG. 5 and FIG. 6 that it was a single-phase film of perovskite type SrTiO 3 similar to that in Example 1.

SrTiO 膜の光誘起親水性評価
SrTiO膜表面に紫外線を照射することで、水接触角が低下する光誘起親水性の評価を行った。光源としては、ブラックライト(東芝ライテック製)を用い、紫外線照度を1mW/cmとした。初期の水接触角は、19.4°であったが、紫外線照射8時間後には、4.0°まで低下し、親水化反応が起こることを確認した。
By irradiating ultraviolet rays to the photo-induced hydrophilic Evaluation SrTiO 3 film surface of SrTiO 3 film, the water contact angle was evaluated photoinduced hydrophilicity to decrease. As a light source, a black light (manufactured by Toshiba Lighting & Technology) was used, and an ultraviolet illuminance was set to 1 mW / cm 2 . Although the initial water contact angle was 19.4 °, it decreased to 4.0 ° after 8 hours of UV irradiation, confirming that a hydrophilization reaction occurred.

比較例1
20mLサンプル瓶に、アセチルアセトン(和光純薬製)0.02mol(2.003g)を添加し、室温で撹拌しながら、チタンテトライソプロポキシド(和光純薬製)0.02mol(5.684g)を約5分かけて約0.2gずつ添加した。次いで、溶媒としてエタノールを50mL添加して、室温で30分撹拌を行った。このチタン−アセチルアセトン−エタノール溶液に、硝酸ストロンチウムを0.02mol(4.236g)添加した。添加後、室温で約1時間攪拌を行ったが、加水分解反応が進行したため、黄白色の沈殿がすぐに生成し、コーティング液としては不適な性状となった。
Comparative Example 1
Add 0.02 mol (2.003 g) of acetylacetone (Wako Pure Chemical) to a 20 mL sample bottle and stir at room temperature with 0.02 mol (5.684 g) of titanium tetraisopropoxide (Wako Pure Chemical). About 0.2 g was added over about 5 minutes. Next, 50 mL of ethanol was added as a solvent, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 0.02 mol (4.236 g) of strontium nitrate was added to the titanium-acetylacetone-ethanol solution. After the addition, the mixture was stirred at room temperature for about 1 hour. However, since the hydrolysis reaction proceeded, a yellowish white precipitate was immediately formed, which was unsuitable for a coating solution.

Claims (18)

チタンと金属元素とを含んでなるチタン水溶液であって、
チタンイオンに対する配位数が6であり、下記一般式(1)で表され、二座配位子として機能する第1の配位子と、
−CO−CH−CO−Z (1)
(式中、ZおよびZは、独立して、アルキル基またはアルコキシ基である。)
カルボキシラートである第2の配位子と、アルコキシドおよび水酸化物イオンからなる群から、独立してそれぞれ選択される第3の配位子および第4の配位子と、HOである第5の配位子と、がチタンイオンに配位してなるチタン錯体と、
ペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占め得る金属のイオンと、
溶媒としての水と、
を少なくとも含んでなることを特徴とする、チタン水溶液。
An aqueous titanium solution comprising titanium and a metal element,
A coordination number with respect to the titanium ion is 6, represented by the following general formula (1), and a first ligand that functions as a bidentate ligand;
Z 1 —CO—CH 2 —CO—Z 2 (1)
(In the formula, Z 1 and Z 2 are each independently an alkyl group or an alkoxy group.)
A second ligand which is a carboxylate, a third ligand and a fourth ligand each independently selected from the group consisting of alkoxides and hydroxide ions, and H 2 O. A fifth complex formed by coordination with a titanium ion;
A metal ion capable of occupying the A site in the perovskite-type titanium oxide;
Water as solvent,
A titanium aqueous solution characterized by comprising at least
前記ペロブスカイト型チタン酸化物におけるAサイトを占めうる金属のイオンが、Ca、Sr、BaおよびPbからなる群から選択される金属元素のイオンである、請求項1に記載のチタン水溶液。   2. The titanium aqueous solution according to claim 1, wherein the metal ion capable of occupying the A site in the perovskite-type titanium oxide is a metal element ion selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba and Pb. ペロブスカイト型チタン酸化物被膜を製造するため用いられる、請求項1または2に記載のチタン水溶液。   The titanium aqueous solution according to claim 1 or 2, which is used for producing a perovskite-type titanium oxide film. 前記ZおよびZが、C1−6アルキル基またはC1−6アルコキシ基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のチタン水溶液。 The titanium aqueous solution according to any one of claims 1 to 3, wherein Z 1 and Z 2 are a C 1-6 alkyl group or a C 1-6 alkoxy group. 前記第2の配位子であるカルボキシラートが、式R−COO(式中、RはC1−4アルキル基である)で表わされる基であるか、または炭素数1〜6のヒドロキシ酸またはジカルボン酸の共役塩基である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のチタン水溶液。 The carboxylate as the second ligand is a group represented by the formula R 1 —COO (wherein R 1 is a C 1-4 alkyl group), or has 1 to 6 carbon atoms. The aqueous titanium solution according to any one of claims 1 to 4, which is a conjugate base of hydroxy acid or dicarboxylic acid. 前記第3または第4の配位子であるアルコキシドが、式R−O(式中、RはC1−6アルキル基である)で表わされる基である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のチタン水溶液。 The third or alkoxide is a fourth ligand, wherein R 2 -O - (wherein, R 2 is C 1-6 alkyl group) is a group represented by the claims 1 to 5 The titanium aqueous solution as described in any one. 前記第1の配位子が、アセチルアセトナトまたはアセト酢酸エチルである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のチタン水溶液。   The aqueous titanium solution according to any one of claims 1 to 6, wherein the first ligand is acetylacetonate or ethyl acetoacetate. 前記第2の配位子が、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、酒石酸、シュウ酸、およびクエン酸から選ばれるカルボン酸の共役塩基である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のチタン水溶液。   The second ligand is a conjugate base of a carboxylic acid selected from acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, tartaric acid, oxalic acid, and citric acid, according to any one of claims 1 to 7. Titanium aqueous solution. 前記第2の配位子が、酢酸の共役塩基である酢酸イオンである、請求項1〜8のいずれか一項に記載のチタン水溶液。   The titanium aqueous solution according to any one of claims 1 to 8, wherein the second ligand is an acetate ion which is a conjugate base of acetic acid. 前記第3の配位子および第4の配位子が、イソプロポキシ基である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のチタン水溶液。   The titanium aqueous solution according to any one of claims 1 to 9, wherein the third ligand and the fourth ligand are isopropoxy groups. 溶媒としてさらに、水よりも比誘電率が低く、水と相溶性があり、かつ非アルカリ性の第二溶媒を含んでなる、請求項1〜10のいずれか一項に記載のチタン水溶液。   The titanium aqueous solution according to any one of claims 1 to 10, further comprising a second solvent that has a relative dielectric constant lower than that of water, is compatible with water, and is non-alkaline. 前記第二溶媒が、一価アルコール、グリコール系溶媒、エチレングリコール系溶媒、グリセリン系溶媒、セロソルブ系溶媒、およびカルビトール系溶媒からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項11に記載のチタン水溶液。   The second solvent according to claim 11, wherein the second solvent is at least one selected from the group consisting of a monohydric alcohol, a glycol solvent, an ethylene glycol solvent, a glycerin solvent, a cellosolve solvent, and a carbitol solvent. Titanium aqueous solution. 前記第二溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノール、およびブタノールからなる群から選択されるものである、請求項12に記載のコーティング剤。   The coating agent according to claim 12, wherein the second solvent is selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, and butanol. 請求項1〜13のいずれか一項に記載のコーティング剤の製造方法であって、
チタン前駆体と、一般式(1)で表される化合物とを混合し、チタン‐アセチルアセトン錯体を得て、この溶液とカルボン酸イオンを含む水溶液とを混合し、さらに、得られた溶液とアルカリ土類金属イオンを含む水溶液とを混合した後に、場合によって水よりも比誘電率が低く、水と相溶性があり、かつ非アルカリ性の第二溶媒を混合することを少なくとも含んでなることを特徴とする、製造方法。
It is a manufacturing method of the coating agent as described in any one of Claims 1-13,
A titanium precursor and a compound represented by the general formula (1) are mixed to obtain a titanium-acetylacetone complex, and this solution is mixed with an aqueous solution containing carboxylate ions. Further, the obtained solution and an alkali are mixed. After mixing with an aqueous solution containing an earth metal ion, at least comprising mixing a non-alkaline second solvent having a relative dielectric constant lower than that of water and being compatible with water, in some cases. A manufacturing method.
前記チタン錯体が、チタンアルコキシドまたは四塩化チタンである、請求項14に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 14, wherein the titanium complex is titanium alkoxide or titanium tetrachloride. チタン及びアルカリ土類金属を含むペロブスカイト型酸化物被膜の製造方法であって、
基材上に、請求項1〜13に記載のチタン水溶液を塗布し、
該基材を焼成して被膜を形成させる工程を含んでなる、製造方法。
A method for producing a perovskite oxide film comprising titanium and an alkaline earth metal,
On the base material, the titanium aqueous solution according to claim 1 to 13 is applied,
A production method comprising a step of firing the base material to form a film.
前記基材が、アモルファスガラス層を少なくともその表面に有するものであり、該アモルファスガラス層にチタン水溶液が塗布され、該層上にペロブスカイト型チタン酸化物が形成される、請求項16に記載の製造方法。   The production according to claim 16, wherein the substrate has an amorphous glass layer on at least a surface thereof, an aqueous titanium solution is applied to the amorphous glass layer, and a perovskite type titanium oxide is formed on the layer. Method. 請求項17に記載の製造方法によって得ることができる、ガラス基材上にペロブスカイト型チタン酸化物からなる被膜が直接形成されている部材であって、
前記ガラス基材は少なくとも被膜が形成される表面近傍にアルカリイオンを含有してなるものであり、
前記ペロブスカイト型チタン酸化物からなる被膜が、ペロブスカイト型酸化物の一次粒子径が50nm以下であり、かつ緻密な被膜であることを特徴とする、部材。
A member obtained by the production method according to claim 17, wherein a film made of a perovskite titanium oxide is directly formed on a glass substrate,
The glass substrate contains at least alkali ions in the vicinity of the surface on which the film is formed,
A member characterized in that the film made of the perovskite type titanium oxide is a dense film having a primary particle diameter of 50 nm or less and a perovskite type oxide.
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