JP2016512164A - Multivalent photocatalytic heterogeneous materials for semiconductors - Google Patents
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Abstract
本明細書には、2つの異なる酸化状態にある同じ金属の2種の金属酸化物化合物を含んだp型半導体と、p型半導体の価電子帯よりも深い価電子帯を有するn型半導体とを含み、これらの半導体型が互いに対してイオンにより連通している不均質材料が記述される。不均質材料は、光触媒活性を増強させる。【選択図】図1The present specification includes a p-type semiconductor including two metal oxide compounds of the same metal in two different oxidation states, an n-type semiconductor having a valence band deeper than that of the p-type semiconductor, And heterogeneous materials in which these semiconductor types are in ion communication with each other. Heterogeneous materials enhance photocatalytic activity. [Selection] Figure 1
Description
発明者:Ekambaram SambandanおよびBin Zhang
本開示は、混合原子価酸化物化合物を含むp型半導体と、p型半導体の場合よりも深い価電子帯を有するn型半導体とを有する不均質材料であって、このn型半導体が、p型半導体の混合原子価酸化物化合物に対してイオン電荷により連通している不均質材料について記述する。これらの多価不均質材料は、光触媒材料の光触媒活性を高めるのに使用することができる。
Inventors: Ekambaram Sambandan and Bin Zhang
The present disclosure is a heterogeneous material having a p-type semiconductor including a mixed-valence oxide compound and an n-type semiconductor having a valence band deeper than that of the p-type semiconductor, A heterogeneous material in communication with a mixed-valence oxide compound of type semiconductor by ionic charge is described. These polyvalent heterogeneous materials can be used to enhance the photocatalytic activity of the photocatalytic material.
可視光活性化光触媒は、自浄、空気および水の精製と、多くのその他の興味ある適用例に関し、通常は配置後の非再生可能エネルギー・コストなしに、配置することができる。これは、光触媒が、太陽放射または屋内および屋外照明のような周囲の光を使用して汚染物質(色素、揮発性有機化合物、およびNOxなど)を分解できるからである。UVを含まない屋内照明(LEDおよびOLEDなど)の、予想される急速な採用によって、屋内適用例、例えば家庭、公共、および商業空間、特に航空機や公共建築物などの限られた領域で室内の空気の清浄に、可視光活性化光触媒を配置する方法を見出すことが急務である。さらに、抗菌表面および自浄材料に関する追加の適用例には、食品サービス、輸送、ヘルス・ケア、およびホスピタリティーの分野で広範な適用可能性がある。 Visible light activated photocatalysts can be deployed for self-cleaning, air and water purification, and many other interesting applications, usually without post-deployment non-renewable energy costs. This photocatalyst is because it decompose contaminants using ambient light, such as solar radiation or indoor and outdoor lighting (dye, volatile organic compounds, and NO x, etc.). With the anticipated rapid adoption of UV-free indoor lighting (such as LEDs and OLEDs), indoor applications such as indoors in limited areas such as homes, public and commercial spaces, especially aircraft and public buildings There is an urgent need to find a way to arrange a visible light activated photocatalyst for air purification. In addition, additional applications for antimicrobial surfaces and self-cleaning materials have broad applicability in the areas of food service, transportation, health care, and hospitality.
元素銅、銅複合体は、単独でまたは金属酸化物と組み合わせて、有用な光触媒/抗菌/抗ウイルス材料として記述されてきた。米国特許公開第2007/0154561号、第2009/0269269号、第2011/0082026号、および第2012/0201714号;ならびにQiu,Xiaoqingら、「屋内環境におけるリスク低減材料としてのハイブリッドCuxO/TiO2ナノ複合体(Hybrid CuxO/TiO2 Nanocomposites as risk−reduction materials in indoor environments)」、ACS Nano、6(2):1609〜1618(2012)を参照されたい。しかし元素銅は、経時的な抗菌活性の低下(耐久性)と魅力のない審美的外観の変化(Cu金属から黒色CuOへ)を示し、共に、通常の適用条件下での元素銅の酸化に起因すると考えられる。したがって、経時的な抗菌活性の、改善された寿命が求められている。したがって、魅力のない審美的外観の変化がない、抗菌/抗ウイルス活性を提供する光触媒材料が求められている。 Elemental copper, copper composites, alone or in combination with metal oxides, have been described as useful photocatalytic / antimicrobial / antiviral materials. US Patent Publication Nos. 2007/0154561, 2009/0269269, 2011/0082026, and 2012/02201714; and Qiu, Xiaoqing et al., “Hybrid Cu x O / TiO 2 as a risk reducing material in indoor environments. See Nanocomposites (Hybrid Cu x O / TiO 2 Nanocomposites as risk-reduction materials in indoor environments), ACS Nano, 6 (2): 1609-1618 (2012). However, elemental copper exhibits a decrease in antibacterial activity over time (durability) and an unattractive aesthetic change (from Cu metal to black CuO), both in the oxidation of elemental copper under normal application conditions It is thought to be caused. Therefore, there is a need for an improved lifetime of antimicrobial activity over time. Therefore, there is a need for a photocatalytic material that provides antibacterial / antiviral activity without any unattractive aesthetic change.
本開示は、混合原子価酸化物化合物を含むp型半導体と、p型半導体の場合よりも深い価電子帯を有するn型半導体とを有する不均質材料であって、これらの半導体が互いに対してイオン電荷により連通している不均質材料について記述する。これらの多価不均質材料は、光触媒材料の光触媒活性を高めるのにかつ耐久性を改善する(即ち、経時的に光触媒活性を維持する)のに使用することができる。光触媒材料は、抗菌(明暗)活性、抗ウイルス活性、揮発性有機化合物(VOC)の分解、および/または水溶液中での色素の変色を有するのにかつ/または高めるのに有用である。 The present disclosure is a heterogeneous material having a p-type semiconductor comprising a mixed valence oxide compound and an n-type semiconductor having a valence band deeper than that of a p-type semiconductor, wherein the semiconductors are Describes a heterogeneous material in communication by ionic charge. These polyvalent heterogeneous materials can be used to increase the photocatalytic activity of the photocatalytic material and to improve durability (ie, maintain photocatalytic activity over time). The photocatalytic material is useful for having and / or enhancing antibacterial (light / dark) activity, antiviral activity, degradation of volatile organic compounds (VOC), and / or dye discoloration in aqueous solution.
いくつかの実施形態は:第1の金属酸化物化合物および第2の金属酸化物化合物を含むp型半導体であって、第1の金属酸化物化合物および第2の金属酸化物化合物が同じ金属の異なる酸化状態を有し、p型価電子帯を有するp型半導体と;p型価電子帯よりも深いn型価電子帯を有するn型半導体であって、p型半導体に対してイオン電荷により連通しているn型半導体とを含む、不均質材料を含む。 Some embodiments are: a p-type semiconductor comprising a first metal oxide compound and a second metal oxide compound, wherein the first metal oxide compound and the second metal oxide compound are of the same metal A p-type semiconductor having different oxidation states and having a p-type valence band; and an n-type semiconductor having an n-type valence band deeper than the p-type valence band, the ionic charge with respect to the p-type semiconductor A heterogeneous material including an n-type semiconductor in communication therewith.
別の実施形態は、混合原子価酸化物化合物に対してイオン電荷により連通している貴金属をさらに含む。別の実施形態では、貴金属はロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、オスミウム、白金、または金である。別の実施形態では、貴金属はn型半導体に投入される。 Another embodiment further comprises a noble metal in communication with the mixed valence oxide compound by ionic charge. In another embodiment, the noble metal is rhodium, ruthenium, palladium, silver, osmium, platinum, or gold. In another embodiment, the noble metal is injected into the n-type semiconductor.
別の実施形態は、第2のn型半導体の少なくとも一部分が混合原子価酸化物化合物から単離されたイオン電荷である第2のn型半導体をさらに含む。別の実施形態では、第2のn型半導体は酸化セリウムを含む。別の実施形態では、酸化セリウムはCeO2である。別の実施形態では、第2のn型半導体は複数相のTiO2を含む。 Another embodiment further includes a second n-type semiconductor in which at least a portion of the second n-type semiconductor is an ionic charge isolated from the mixed valence oxide compound. In another embodiment, the second n-type semiconductor includes cerium oxide. In another embodiment, the cerium oxide is CeO 2. In another embodiment, the second n-type semiconductor comprises multi-phase TiO 2 .
別の実施形態では、混合原子価酸化物化合物は、1対の同じ金属化学元素、例えばCu、Co、Mn、Fe、Irなどを、2つの異なる酸化状態、例えば銅(I)と銅(II)との対;コバルト(II)とコバルト(III)との対;Mn(II)とMn(III)との対;Fe(II)とFe(III)との対;またはIr(III)とIr(IV)との対で含む。 In another embodiment, the mixed valence oxide compound comprises a pair of identical metal chemical elements, such as Cu, Co, Mn, Fe, Ir, etc., in two different oxidation states, such as copper (I) and copper (II A pair of cobalt (II) and cobalt (III); a pair of Mn (II) and Mn (III); a pair of Fe (II) and Fe (III); or Ir (III) Included in pairs with Ir (IV).
別の実施形態では、p型半導体は、n型半導体に投入される。 In another embodiment, the p-type semiconductor is injected into the n-type semiconductor.
別の実施形態では、p型半導体は、n型半導体上に実質的に均一に分散される。別の実施形態では、混合原子価酸化物化合物は、100nm以下の粒度を有する。 In another embodiment, the p-type semiconductor is substantially uniformly distributed on the n-type semiconductor. In another embodiment, the mixed valence oxide compound has a particle size of 100 nm or less.
別の実施形態では、銅(I)および銅(II)化合物はCuxO化合物である。別の実施形態では、CuxO化合物は、化学的に原子価が制御される。別の実施形態では、銅(I):銅(II)の比は10:90から90:10の間である。 In another embodiment, the copper (I) and copper (II) compounds are Cu x O compounds. In another embodiment, the Cu x O compound is chemically controlled in valence. In another embodiment, the ratio of copper (I): copper (II) is between 10:90 and 90:10.
別の実施形態では、p型半導体は、不均質材料の0.001から10重量%であり、p型半導体は、不均質材料の90から99.999重量%である。 In another embodiment, the p-type semiconductor is 0.001 to 10% by weight of the heterogeneous material and the p-type semiconductor is 90 to 99.999% by weight of the heterogeneous material.
n型半導体は、電荷担体が、ドーパントのドナーバンドから供与された伝導帯中の電子などの電子である、任意の適切な半導体とすることができる。別の実施形態では、n型半導体は、セリウム、タングステン、タンタル、スズ、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、バリウム、インジウム、またはアルミニウムの酸化物を含めた酸化物である。別の実施形態では、n型半導体は、Sn−Ti(O,C,N)2、CeO2、KTaO3、Ta2O5、SnO2、WO3、ZnO、SrTiO3、BaTiO3、ZrTiO4、In2TiO5、Al2TiO5、またはLiCa2Zn2V3O12である。別の実施形態では、n型半導体はSn−Ti(O,C,N)2である。別の実施形態では、n型半導体はAl2−xInxTiO5(式中、0<x<2である)である。別の実施形態では、n型半導体はZr1−yCeyTiO4(式中、0<y<1である)。 The n-type semiconductor can be any suitable semiconductor in which the charge carrier is an electron, such as an electron in a conduction band donated from the donor band of the dopant. In another embodiment, the n-type semiconductor is an oxide, including oxides of cerium, tungsten, tantalum, tin, zinc, strontium, zirconium, barium, indium, or aluminum. In another embodiment, the n-type semiconductor is Sn—Ti (O, C, N) 2 , CeO 2 , KTaO 3 , Ta 2 O 5 , SnO 2 , WO 3 , ZnO, SrTiO 3 , BaTiO 3 , ZrTiO 4. In 2 TiO 5 , Al 2 TiO 5 , or LiCa 2 Zn 2 V 3 O 12 . In another embodiment, the n-type semiconductor is Sn—Ti (O, C, N) 2 . In another embodiment, n-type semiconductor is Al 2-x In x TiO 5 ( wherein a 0 <x <2). In another embodiment, the n-type semiconductor is Zr 1-y Ce y TiO 4 , where 0 <y <1.
別の実施形態では、n型半導体は、チタンを含む酸化物を含むことができる。別の実施形態では、チタンを含む酸化物は、複数相の酸化チタンを含む。別の実施形態では、複数相の酸化チタンは、アナターゼTiO2相とルチルTiO2相との混合物を含む。 In another embodiment, the n-type semiconductor can include an oxide including titanium. In another embodiment, the oxide comprising titanium comprises multi-phase titanium oxide. In another embodiment, the multi-phase titanium oxide comprises a mixture of anatase TiO 2 phase and rutile TiO 2 phase.
別の実施形態では、n型半導体は、ドーパントを有する酸化チタンである。例えばドーパントは、酸化チタンの伝導帯に電子を供与することができる。別の実施形態では、n型半導体は、N、C、または両方がドープされた酸化チタンである。別の実施形態では、n型半導体は、式(Ti1−rMr)(O2−s−tCsNt)(式中、MはSn、Ni、Sr、Ba、Fe、Bi、V、Mo、W、Zn、もしくはCu、またはこれらの組合せであり;rは、0から0.25の範囲にあり;sは0.001から0.1の範囲にあり;tは0.001から0.1の範囲にある)によって表される化合物を含む酸化チタンである。 In another embodiment, the n-type semiconductor is titanium oxide with a dopant. For example, the dopant can donate electrons to the conduction band of titanium oxide. In another embodiment, the n-type semiconductor is titanium oxide doped with N, C, or both. In another embodiment, n-type semiconductors, wherein (Ti 1-r M r) (O 2-s-t C s N t) ( wherein, M is Sn, Ni, Sr, Ba, Fe, Bi, V, Mo, W, Zn, or Cu, or combinations thereof; r is in the range of 0 to 0.25; s is in the range of 0.001 to 0.1; t is 0.001. In the range of 0.1 to 0.1).
別の実施形態は、光触媒(Ti0.99Sn0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sn0 3)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Sn0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Sn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.985Ni0.015)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.98Ni0.02)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ni0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Sr0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sr0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sr0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ba0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Ba0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Ni0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Zn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.77Sn0.15Cu0.08)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Zn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Bi0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.997Mo0.003)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984Mo0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.957Mo0.043)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97W0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95W0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)または(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)を含む。
Another embodiment, a photocatalyst (Ti 0.99 Sn 0.01) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.97
いくつかの実施形態は、光の存在下、本明細書に記述される均質材料を含む光触媒に、化合物を曝露するステップを含む、化合物を分解する方法を含む。いくつかの実施形態では、化合物は、揮発性有機化合物などの汚染物質である。 Some embodiments include a method of degrading a compound comprising exposing the compound to a photocatalyst comprising a homogeneous material described herein in the presence of light. In some embodiments, the compound is a contaminant such as a volatile organic compound.
いくつかの実施形態は、光の存在下、本明細書に記述される均質材料を含む光触媒に、微生物を曝露するステップを含む、微生物を死滅させる方法を含む。 Some embodiments include a method of killing a microorganism comprising exposing the microorganism to a photocatalyst comprising a homogeneous material described herein in the presence of light.
本明細書に記述される特定の実施形態は、混合原子価化合物を投入するための方法を含む。この方法は、分散剤を混合原子価型化合物に添加して、n型化合物の表面をより陽性に帯電させるステップと;誘引剤をn型化合物に添加して、n型半導体の表面電荷をより陰性に帯電させるステップと;異なるように帯電させた材料を、混合原子価化合物のドーピング温度よりも低い温度で互いに混合するステップとを含むことができる。 Certain embodiments described herein include methods for introducing mixed valence compounds. The method includes adding a dispersant to the mixed valence compound to charge the surface of the n-type compound more positively; adding an attractant to the n-type compound to further increase the surface charge of the n-type semiconductor. Negatively charging; and mixing differently charged materials with each other at a temperature below the doping temperature of the mixed valence compound.
本開示は、混合原子価酸化物化合物を含むp型半導体を有する不均質材料について記述する。p型半導体は、p型価電子帯を有する。不均質材料は、p型価電子帯よりも深い価電子帯であるn型価電子帯を有するn型半導体も含む。不均質材料において、n型半導体は、混合原子価酸化物化合物に対してイオン電荷により連通している。これらの多価不均質材料は、光触媒材料の光触媒活性を高めるのにかつ耐久性を改善する(即ち、経時的に光触媒活性を維持する)のに使用することができる。光触媒材料は、抗菌(明暗)活性、抗ウイルス活性、揮発性有機化合物(VOC)の分解、および/または水溶液中での色素変色を有するのにかつ/または高めるのに有用である。 The present disclosure describes a heterogeneous material having a p-type semiconductor comprising a mixed valence oxide compound. A p-type semiconductor has a p-type valence band. The heterogeneous material also includes an n-type semiconductor having an n-type valence band that is a valence band deeper than the p-type valence band. In the heterogeneous material, the n-type semiconductor communicates with the mixed valence oxide compound by ionic charge. These polyvalent heterogeneous materials can be used to increase the photocatalytic activity of the photocatalytic material and to improve durability (ie, maintain photocatalytic activity over time). The photocatalytic material is useful for having and / or enhancing antibacterial (light / dark) activity, antiviral activity, degradation of volatile organic compounds (VOC), and / or dye discoloration in aqueous solution.
図1に示されるように、伝導帯10は、その原子との結合から電子を自由にして、「非局在化電子」として材料の原子格子内を自由に移動させるのに十分な、電子エネルギーの範囲である。半導体において、価電子帯20は、電子が通常は絶対ゼロ温度で存在する電子エネルギーの最高範囲である。価電子は、材料の原子格子内をより自由に移動することができる伝導電子(半導体に見出される)とは対照的に、個々の原子に実質的に結合される。材料の電子帯構造のグラフ上で、価電子帯20は、一般に伝導帯よりも下に位置付けられ、この伝導帯からバンド・ギャップ30だけ絶縁体および半導体内で分離される。いくつかの材料では、伝導帯は、この伝導帯を価電子帯から分離する識別可能なエネルギー・ギャップを実質的に持たない。伝導および価電子帯は、例えば価電子帯レベル・エネルギーが伝導帯レベル・エネルギーよりも高いまたは低い陰性である場合、実際に重なっていてもよい(重なり25)。
As shown in FIG. 1, the
様々な材料は、それらのバンド・ギャップによって分類されてもよく;例えば、価電子帯20と伝導帯10との間の差によって分類されてもよい。非伝導体(例えば、絶縁体)において、伝導帯は価電子帯よりもさらに高いエネルギーであり、したがって、電気を効果的に通すため絶縁体の価電子を変位させるのに、非常に大きいエネルギーを要する。これらの絶縁体は、非ゼロ・バンド・ギャップを有すると言われている。通常の状況下で多くの自由電子を有する金属などの伝導体において、伝導帯10は価電子帯20と重なり(25)−バンド・ギャップがなく、したがって価電子を変位させるのに追加の印加エネルギーをほとんどまたは全く必要としない。半導体では、バンド・ギャップは小さく、200nmから1000nm程度である。理論に拘泥するものであるが、これは、半導体の電子を価電子帯から別のエネルギー・レベルに移動させかつ電気を通すのに比較的少ないエネルギー(熱または光の形で)しか必要としないことの理由と考えられ;したがって、半導体という名称になる。
Various materials may be categorized by their band gap; for example, by the difference between the
いくつかの実施形態では、混合原子価酸化物化合物を含むp型半導体であって、この化合物がp型伝導帯およびp型価電子帯を有しているp型半導体と;p型価電子帯よりも深い、低いエネルギーの、またはより陰性であるn型価電子帯を有する個別のn型半導体とを含む、不均質材料が提供される。n型半導体は、p型半導体に対してイオン電荷により連通すべきであり、これはイオン電荷をn型半導体から混合原子価酸化物化合物にまたは混合原子価酸化物化合物からn型半導体に移動できることを意味する。適切な伝導帯および価電子帯の例を、図2に示す。理論に拘泥するものではないが、n型半導体の価電子帯がp型の価電子帯よりも深くまたはより陰性である場合、電子はn型からp型化合物に、より容易に移ることができる。材料がイオンにより連通している場合、電子は1つの化合物から次の化合物に移ることができ、より高い原子価の化合物からより低い原子価の化合物への再生が可能になる。例えばCu2+は、このメカニズムを介してCu1+に再循環させることができる。いくつかの実施形態では、イオンにより連通している材料は、相互に投入される。投入によって、材料はそれらの別々の独自性を保持し;例えばCuxO(p型半導体)は、TiO2、Ti(OCN)2:Snなど(n型半導体)から分離される。特定の実施形態では、1つの材料が、表面にあり、他の材料と接触し、または近くに近接し、ドーピングとは対照的に、他の材料とは物理的に分離され、イオン電荷が単離されまたは混合(物理的混合)される。いくつかの実施形態では、そのような接触および/または単離は、p型およびn型材料の透過型電子顕微鏡法(TEM)検査によって決定することができる。その他の実施形態では、不均質材料は化合物母材に統合され;例えば、化合物/結晶格子に組み込まれる。 In some embodiments, a p-type semiconductor comprising a mixed valence oxide compound, the compound having a p-type conduction band and a p-type valence band; and a p-type valence band Heterogeneous materials are provided, including individual n-type semiconductors having deeper, lower energy, or more negative n-type valence bands. The n-type semiconductor should communicate with the p-type semiconductor by ionic charge, which can transfer the ionic charge from the n-type semiconductor to the mixed valence oxide compound or from the mixed valence oxide compound to the n-type semiconductor. Means. Examples of suitable conduction and valence bands are shown in FIG. Without being bound by theory, if the valence band of an n-type semiconductor is deeper or more negative than the p-type valence band, the electrons can be more easily transferred from the n-type to the p-type compound. . When the material is in communication by ions, electrons can be transferred from one compound to the next, allowing regeneration from a higher valence compound to a lower valence compound. For example, Cu 2+ can be recycled to Cu 1+ via this mechanism. In some embodiments, the materials that are in communication by ions are input to each other. By loading, the materials retain their separate identities; for example, Cu x O (p-type semiconductor) is separated from TiO 2 , Ti (OCN) 2 : Sn, etc. (n-type semiconductor). In certain embodiments, one material is on the surface, in contact with or in close proximity to the other material, and is physically separated from the other material as opposed to doping, and the ionic charge is simply Separated or mixed (physical mixing). In some embodiments, such contact and / or isolation can be determined by transmission electron microscopy (TEM) inspection of p-type and n-type materials. In other embodiments, the heterogeneous material is integrated into the compound matrix; for example, incorporated into the compound / crystal lattice.
不均質材料は、電荷担体が有効的に正孔である任意の半導体を含む、任意の適切なp型半導体を含んでいてもよい。これらの孔は、正電荷を本質的に運び得る数個の孔以外、本質的に電子で満たすことができるp型価電子帯に存在していてもよい。いくつかの実施形態では、p型半導体は、p型価電子帯を有する混合原子価酸化物化合物を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、混合原子価酸化物化合物は、同じ金属元素の混合原子価対、例えば銅(I)と銅(II);コバルト(II)とコバルト(III);Mn(II)とMn(III);Fe(II)とFe(III);および/またはIr(III)とIr(IV);ならびにこれらの組合せを含む。特定の実施形態では、銅(I)と銅(II)化合物は、CuxO化合物とすることができる。特定の実施形態では、混合原子価酸化物化合物は、Cu1+およびCu2+を含むことができる。混合原子価酸化物化合物の比は、10%から90%から、90%から10%にすることができる。特定の比は:15%から85%;20%から80%;25%から75%;30%から70%;35%から65%;40%から60%;45%から55%;50%から50%;55%から45%;60%から40%;65%から35%;70%から30%;75%から25%;80%から20%;および85%から15%を含むこともできる。 The heterogeneous material may comprise any suitable p-type semiconductor, including any semiconductor whose charge carriers are effectively holes. These holes may be present in the p-type valence band, which can be essentially filled with electrons, except for a few holes that can inherently carry a positive charge. In some embodiments, the p-type semiconductor may include a mixed valence oxide compound having a p-type valence band. In some embodiments, the mixed valence oxide compound is a mixed valence pair of the same metal element, such as copper (I) and copper (II); cobalt (II) and cobalt (III); Mn (II) and Mn (III); Fe (II) and Fe (III); and / or Ir (III) and Ir (IV); and combinations thereof. In certain embodiments, the copper (I) and copper (II) compounds can be Cu x O compounds. In certain embodiments, the mixed valence oxide compound can include Cu 1+ and Cu 2+ . The ratio of the mixed valence oxide compound can be from 10% to 90%, from 90% to 10%. Specific ratios are: 15% to 85%; 20% to 80%; 25% to 75%; 30% to 70%; 35% to 65%; 40% to 60%; 45% to 55%; 50%; 55% to 45%; 60% to 40%; 65% to 35%; 70% to 30%; 75% to 25%; 80% to 20%; and 85% to 15% .
特定の実施形態では、混合原子価金属酸化物化合物は、Cu1+:Cu2+であって、その比がCu1+ 10%から90%対Cu2+ 90%から10%である。Cu1+:Cu2+の比は、約10%:90%から約30%:70%、約15%:85%から約25%:75%、約15%:85%;約20%:80%;約25%:75%;約30%:70%;約35%:65%;約40%:60%;約45%:55%;約50%:50%;約55%:45%;約60%:40%;約65%:35%;約70%:30%;約75%:25%;約80%:20%;または約85%:15%とすることもできる。いくつかの実施形態では、比はCu1+:Cu2+重量%である。いくつかの実施形態では、比はCu1+:Cu2+モル%である。
In certain embodiments, the mixed valence metal oxide compound is Cu 1+ : Cu 2+ with a ratio of
n型半導体が、p型半導体に対してイオン電荷により連通しているいくつかの実施形態では、p型半導体はn型半導体に投入される。n型半導体が、p型半導体に対してイオン電荷により連通しているいくつかの実施形態では、p型半導体を、n型半導体に埋め込み、層状化し、接触させ、かつ/または堆積することができる。いくつかの実施形態では、p型半導体混合原子価化合物は、n型半導体上に実質的に均一に分散される。混合原子価化合物の粒度は、200nm未満;190nm未満;180nm未満;170nm未満;160nm未満;150nm未満;140nm未満;130nm未満;120nm未満;110nm未満;100nm未満;90nm未満;80nm未満;70nm未満;60nm未満;50nm未満;40nm未満;30nm未満;20nm未満;または10nm未満とすることができる。特定の実施形態では、混合原子価化合物の粒度は100nm以下である。 In some embodiments where the n-type semiconductor is in ionic charge with the p-type semiconductor, the p-type semiconductor is injected into the n-type semiconductor. In some embodiments where the n-type semiconductor is in ionic charge communication with the p-type semiconductor, the p-type semiconductor can be embedded, layered, contacted, and / or deposited in the n-type semiconductor. . In some embodiments, the p-type semiconductor mixed valence compound is substantially uniformly dispersed on the n-type semiconductor. The particle size of the mixed valence compound is less than 200 nm; less than 190 nm; less than 180 nm; less than 170 nm; less than 160 nm; less than 150 nm; less than 140 nm; less than 130 nm; Less than 60 nm; less than 50 nm; less than 40 nm; less than 30 nm; less than 20 nm; or less than 10 nm. In certain embodiments, the particle size of the mixed valence compound is 100 nm or less.
いくつかの実施形態では、p型半導体は不均質材料の0.001から10重量%を構成し、n型半導体は不均質材料の99.999から90重量%を構成する。追加の実施形態では、p型半導体は、不均質材料の0.001重量%;不均質材料の0.005重量%;不均質材料の0.01重量%;不均質材料の0.05重量%;不均質材料の0.1重量%;不均質材料の0.5重量%;不均質材料の1重量%;不均質材料の2重量%;不均質材料の3重量%;不均質材料の4重量%;不均質材料の5重量%;不均質材料の6重量%;不均質材料の7重量%;不均質材料の8重量%;不均質材料の9重量%;または不均質材料の10重量%を構成する。追加の実施形態では、n型半導体は、不均質材料の90重量%;不均質材料の91重量%;不均質材料の92重量%;不均質材料の93重量%;不均質材料の94重量%;不均質材料の95重量%;不均質材料の96重量%;不均質材料の97重量%;不均質材料の98重量%;不均質材料の99重量%;不均質材料の99.1重量%;不均質材料の99.2重量%;不均質材料の99.3重量%;不均質材料の99.4重量%;不均質材料の99.5重量%;不均質材料の99.6重量%;不均質材料の99.7重量%;不均質材料の99.8重量%;または不均質材料の99.5重量%を構成する。 In some embodiments, the p-type semiconductor comprises 0.001 to 10% by weight of the heterogeneous material and the n-type semiconductor comprises 99.999 to 90% by weight of the heterogeneous material. In additional embodiments, the p-type semiconductor comprises 0.001% by weight of heterogeneous material; 0.005% by weight of heterogeneous material; 0.01% by weight of heterogeneous material; 0.05% by weight of heterogeneous material. 0.1% by weight of heterogeneous material; 0.5% by weight of heterogeneous material; 1% by weight of heterogeneous material; 2% by weight of heterogeneous material; 3% by weight of heterogeneous material; 5% by weight of heterogeneous material; 6% by weight of heterogeneous material; 7% by weight of heterogeneous material; 8% by weight of heterogeneous material; 9% by weight of heterogeneous material; or 10% by weight of heterogeneous material Make up%. In additional embodiments, the n-type semiconductor comprises 90% by weight of the heterogeneous material; 91% by weight of the heterogeneous material; 92% by weight of the heterogeneous material; 93% by weight of the heterogeneous material; 94% by weight of the heterogeneous material. 95% by weight of heterogeneous material; 96% by weight of heterogeneous material; 97% by weight of heterogeneous material; 98% by weight of heterogeneous material; 99% by weight of heterogeneous material; 99.1% by weight of heterogeneous material 99.2% by weight of the heterogeneous material; 99.3% by weight of the heterogeneous material; 99.4% by weight of the heterogeneous material; 99.5% by weight of the heterogeneous material; 99.6% by weight of the heterogeneous material Constitutes 99.7% by weight of the heterogeneous material; 99.8% by weight of the heterogeneous material; or 99.5% by weight of the heterogeneous material.
いくつかの実施形態では、p型半導体は、酸化銅の混合物、例えば第1の酸化銅化合物と第2の酸化銅、例えばCu(I)化合物(例えば、Cu2O)とCu(II)化合物(例えば、CuO)との混合物を含む。いくつかの実施形態では、p型半導体は、Cu(I)(例えば、Cu2O)およびCu(II)(例えば、CuO)を、約1:9から約3:7、約1:3から約1:6、または約1:3から約1:4の重量:重量またはモル:モル比[Cu(I):Cu(II)]で含む。 In some embodiments, the p-type semiconductor is a mixture of copper oxides, such as a first copper oxide compound and a second copper oxide, such as a Cu (I) compound (eg, Cu 2 O) and a Cu (II) compound. (Eg, a mixture with CuO). In some embodiments, the p-type semiconductor comprises Cu (I) (eg, Cu 2 O) and Cu (II) (eg, CuO) from about 1: 9 to about 3: 7, from about 1: 3. About 1: 6, or about 1: 3 to about 1: 4 in a weight: weight or mole: molar ratio [Cu (I): Cu (II)].
いくつかの実施形態は、先のパラグラフのp型半導体を、スズがドープされた酸化チタンもしくはTi(O,C,N)2または複数の相を有するTiO2などの酸化チタンである、n型半導体と組み合わせて含む。いくつかの実施形態では、そのようなTiO2は、ルチルTiO2およびアナターゼTiO2などの2相を有することができる。いくつかの実施形態では、n型半導体は、約70%から約90%のアナターゼ相および10%から約30%のルチル相のTiO2、約80%から約90%のアナターゼ相および20%から約30%のルチル相のTiO2、約75%から約80%のアナターゼ相および15%から約20%のルチル相のTiO2、または約83%のアナターゼ相のTiO2および17%のルチル相のTiO2とすることができる。いくつかの実施形態は、先のパラグラフのp型半導体を、酸化スズであるn型半導体と組み合わせて含む。 Some embodiments are n-type, wherein the p-type semiconductor of the previous paragraph is titanium oxide doped with tin or titanium oxide such as Ti (O, C, N) 2 or TiO 2 having multiple phases. Includes in combination with semiconductors. In some embodiments, such TiO 2 can have two phases, such as rutile TiO 2 and anatase TiO 2 . In some embodiments, the n-type semiconductor comprises from about 70% to about 90% anatase phase and 10% to about 30% rutile phase TiO 2 , from about 80% to about 90% anatase phase and 20%. About 30% rutile TiO 2 , about 75% to about 80% anatase phase and 15% to about 20% rutile TiO 2 , or about 83% anatase TiO 2 and 17% rutile phase TiO 2 . Some embodiments include the p-type semiconductor of the previous paragraph in combination with an n-type semiconductor that is tin oxide.
酸化銅の混合物を有するp型半導体と、スズがドープされた酸化チタンもしくはTi(O,C,N)2または複数の相を有するTiO2などの酸化チタンであるn型半導体とを含む半導体に関し、いくつかの実施形態では、酸化銅は、nおよびp型半導体の全重量の約0.1%から約5%、約0.2%から約2%、約0.2%から約1.5%、約0.5%、または約1%であってもよい。 A semiconductor comprising a p-type semiconductor having a mixture of copper oxides and an n-type semiconductor that is titanium oxide doped with tin or titanium oxide such as Ti (O, C, N) 2 or TiO 2 having a plurality of phases. In some embodiments, the copper oxide is about 0.1% to about 5%, about 0.2% to about 2%, about 0.2% to about 1.% of the total weight of the n and p-type semiconductors. It may be 5%, about 0.5%, or about 1%.
いくつかの実施形態では、p型半導体はn型半導体に投入される。いくつかの実施形態では、n型半導体は、p型半導体対価電子帯の場合よりも深い価電子帯を有する、セリウム、タングステン、タンタル、スズ、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、バリウム、インジウム、またはアルミニウムの酸化物とすることができる元素を含む酸化物である。いくつかの実施形態では、n型半導体は、アナターゼ、ルチル、ウルツ鉱、スピネル、ペロブスカイト、パイロクロア、ガーネット、ジルコン、および/またはチアライト相材料、またはこれらの混合物とすることができる。これらの選択肢のそれぞれには、半導体の技術分野における当業者に理解されるような、その通常の意味が与えられる。所与の標準および生成されたサンプルの、x線回折パターンの比較は、サンプルが特定の相を含むか否かを決定するのに使用されてもよいいくつかの方法の1つである。例示的な標準には、国立標準技術研究所(the National Institute of Standards and Technology(NIST))(Gaitherburg,Maryland,USA)および/または国際回折データセンター(the International Centre for Diffraction Data(ICDD)、かつての粉末回折標準合同委員会(the Joint Committee on Powder Diffraction Standards[JCPDS])(Newtown Square、Pennsylvania、USA))により提供されたXRDスペクトルが含まれる。いくつかの実施形態では、ペロブスカイトは、ペロブスカイト酸化物とすることができる。いくつかの実施形態では、ペロブスカイト酸化物は、FeTiO3、YFeO3、LuRhO3、BaSnO3、Ba0.8Ca0.2TiO3、CdSnO3、LaRhO3、LaRhO3、LaMnO3、CoTiO3、CuTiO3、MgTiO3、ZnTiO3、BiNb1−xTaxO4(式中、x=0から1.00)、またはInNb1−xTaxO4(式中、x=0から1.00)を含むことができる。 In some embodiments, the p-type semiconductor is injected into the n-type semiconductor. In some embodiments, the n-type semiconductor is of cerium, tungsten, tantalum, tin, zinc, strontium, zirconium, barium, indium, or aluminum having a valence band deeper than that of the p-type semiconductor valence band. An oxide containing an element that can be converted into an oxide. In some embodiments, the n-type semiconductor can be anatase, rutile, wurtzite, spinel, perovskite, pyrochlore, garnet, zircon, and / or tialite phase material, or mixtures thereof. Each of these options is given its ordinary meaning as understood by those skilled in the semiconductor arts. Comparison of the x-ray diffraction patterns of a given standard and generated sample is one of several methods that may be used to determine whether a sample contains a particular phase. Exemplary standards include the National Institute of Standards and Technology (NIST) (Gaitherburg, Maryland, USA) and / or the International Diffraction and Diffraction IC (the International Center for Diffraction and Diffraction). XRD spectra provided by The Joint Committee on Powder Diffraction Standards [JCPDS] (Newtown Square, Pennsylvania, USA). In some embodiments, the perovskite can be a perovskite oxide. In some embodiments, the perovskite oxide is FeTiO 3 , YFeO 3 , LuRhO 3 , BaSnO 3 , Ba 0.8 Ca 0.2 TiO 3 , CdSnO 3 , LaRhO 3 , LaRhO 3 , LaMnO 3 , LaMnO 3 , CuTiO 3, MgTiO 3, ZnTiO 3 , BiNb 1-x Ta x O 4 ( where the x = 0 1.00), or InNb 1-x Ta x O 4 ( where x = 0 1.00 ) Can be included.
追加の実施形態では、n型半導体は、セリウム、タングステン、タンタル、スズ、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、バリウム、インジウム、ニオブ、バナジウム、鉄、カドミウム、ゲルマニウム、および/またはアルミニウムの酸化物を含むことができる。n型半導体は、CeO2;MgTa2O6;BaTa2O6;SrTa2O6;Ta2O5;FeTa2O6;Hg2Ta2O7;Hg2Nb2O7;Hg2TavNb1−vO7;K3Ta3Si2O13;K2LnTa5O15;WO3;ZnO;SrTiO3;SrNb2O7;SrTa2O7;SrTaNbO7;Sr2FeNbO6;Sr3FeNb2O9;TiO2;SnO2;BaTiO3;FeTiO3;CdFe2O4;MnTiO3;Cs2Nb4O11;KNbO3;Sr2FeNbO6;Sr3FeNb2O9;NiNb2O6;CoNb2O6;ZnNb2O6;Nb2O5;K4Nb6O17;Rb4Nb6O17;CuTiO3;BiO3;In2O3;LiTaO3;NiTiO3;In2TiO5;Al2TiO5;Al2−xInxTiO5;ZrTiO4;Zr1−yCeyTiO4;LiCa2Zn2V3O12;Cd2SnO4;CdIn2O4;Cd2GeO4;Bi2W2O9;Bi2WO6;Bi3TiNbO9;ACrO4、(式中、Aは、Sr、Ba、またはこれらの組合せとすることができる);CuMnO2;PbWO4;CuFeO2;InVO4;MVWO6(式中、Mは、Li、Ag、またはこれらの組合せとすることができる);Bi2MNbO7(式中、Mは、Al、Ga、In、Y、希土類、Fe、またはこれらの組合せとすることができる);Zr2WO6;PbWO4;SnWO4;Bi2W2O9;Na2W4O13;および/またはMWO4(式中、Mは、Ca、Zn、Cu、またはこれらの組合せとすることができる)も含むことができる。 In additional embodiments, the n-type semiconductor may include oxides of cerium, tungsten, tantalum, tin, zinc, strontium, zirconium, barium, indium, niobium, vanadium, iron, cadmium, germanium, and / or aluminum. it can. n-type semiconductors are CeO 2 ; MgTa 2 O 6 ; BaTa 2 O 6 ; SrTa 2 O 6 ; Ta 2 O 5; FeTa 2 O 6 ; Hg 2 Ta 2 O 7 ; Hg 2 Nb 2 O 7 ; Hg 2 Ta v Nb 1-v O 7; K 3 Ta 3 Si 2 O 13; K 2 LnTa 5 O 15; WO 3; ZnO; SrTiO 3; SrNb 2 O 7; SrTa 2 O 7; SrTaNbO 7; Sr 2 FeNbO 6; Sr 3 FeNb 2 O 9; TiO 2; SnO 2; BaTiO 3; FeTiO 3; CdFe 2 O 4; MnTiO 3; Cs 2 Nb 4 O 11; KNbO 3; Sr 2 FeNbO 6; Sr 3 FeNb 2 O 9; NiNb 2 O 6; CoNb 2 O 6 ; ZnNb 2 O 6; Nb 2 O 5; K 4 Nb 6 O 17; Rb 4 Nb 6 17; CuTiO 3; BiO 3; In 2 O 3; LiTaO 3; NiTiO 3; In 2 TiO 5; Al 2 TiO 5; Al 2-x In x TiO 5; ZrTiO 4; Zr 1-y Ce y TiO 4; LiCa 2 Zn 2 V 3 O 12 ; Cd 2 SnO 4 ; CdIn 2 O 4 ; Cd 2 GeO 4 ; Bi 2 W 2 O 9 ; Bi 2 WO 6 ; Bi 3 TiNbO 9 ; ACrO 4 , wherein A is , Sr, Ba, or combinations thereof); CuMnO 2 ; PbWO 4 ; CuFeO 2 ; InVO 4 ; MVWO 6 where M can be Li, Ag, or a combination thereof ); Bi 2 MNbO 7 , where M can be Al, Ga, In, Y, rare earth, Fe, or combinations thereof Zr 2 WO 6 ; PbWO 4 ; SnWO 4 ; Bi 2 W 2 O 9 ; Na 2 W 4 O 13 ; and / or MWO 4 (wherein M is Ca, Zn, Cu, or combinations thereof) Can also be included).
いくつかの実施形態では、n型半導体は、バナジウム・ガーネット半導体光触媒とすることができる。いくつかの実施形態では、バナジウム・ガーネット半導体光触媒は、式:(A1−xOx)3(M)2(V3)O12(式中、0<x<1である)によって表すことができる。いくつかの実施形態では、(A1−xOx)3および(M)2の、累積されたイオン電荷は+9である。いくつかの実施形態では、A+は、Li+、Cu+、Na+、K+、Ti+、Cd2+、Ca2+、Sr2+、Pb2+、Y3+、Bi3+、Ln3+、またはこれらの組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、Mは、Li+、Ni2+、Mg2+、Co2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd2+、Cr3+、Fe3+、もしくはSc3+、またはこれらの組合せの、1つまたはいずれかとすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be a vanadium garnet semiconductor photocatalyst. In some embodiments, the vanadium garnet semiconductor photocatalyst is represented by the formula: (A 1-x O x ) 3 (M) 2 (V 3 ) O 12 , where 0 <x <1. Can do. In some embodiments, the accumulated ionic charge of (A 1-x O x ) 3 and (M) 2 is +9. In some embodiments, A + is Li + , Cu + , Na + , K + , Ti + , Cd 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Pb 2+ , Y 3+ , Bi 3+ , Ln 3+ , or these It can be a combination. In some embodiments, M is Li + , Ni 2+ , Mg 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cd 2+ , Cr 3+ , Fe 3+ , or Sc 3+ , or combinations thereof, It can be one or either.
いくつかの実施形態では、n型半導体は、バナジウム・ガーネット半導体光触媒とすることができる。いくつかの実施形態では、バナジウム・ガーネット半導体光触媒は、式1:(A2+)3(M+M2+)(V3)O12により表すことができる。いくつかの実施形態では、バナジウム・ガーネット半導体光触媒は、Ca3LiZnV3O12および/またはSr3LiZnV3O12とすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be a vanadium garnet semiconductor photocatalyst. In some embodiments, the vanadium garnet semiconductor photocatalyst can be represented by the formula 1: (A 2+ ) 3 (M + M 2+ ) (V 3 ) O 12 . In some embodiments, the vanadium garnet semiconductor photocatalyst can be Ca 3 LiZnV 3 O 12 and / or Sr 3 LiZnV 3 O 12 .
いくつかの実施形態では、n型半導体は、混合チタネートとすることができる。「混合チタネート」という用語は、Ti、O、および少なくとも別の元素;例えばCa、Cu、Mg、またはLaを含む化合物を指す。いくつかの実施形態では、混合チタネートは、CaCu2Ti3O12(チタン酸ペロブスカイト);MgTi2O5(擬板チタン石);および/またはLa2Ti2O7(チタン酸パイロクロア)とすることができる。いくつかの実施形態では、酸化Tiは、アナターゼおよびルチルTiO2の混合物を含むことができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be a mixed titanate. The term “mixed titanate” refers to a compound comprising Ti, O, and at least another element; for example, Ca, Cu, Mg, or La. In some embodiments, the mixed titanate is CaCu 2 Ti 3 O 12 (perovskite titanate); MgTi 2 O 5 (pseudoplate titanite); and / or La 2 Ti 2 O 7 (pyrochlorite titanate). be able to. In some embodiments, the oxidized Ti can comprise a mixture of anatase and rutile TiO 2 .
いくつかの実施形態では、n型半導体は、混合酸化銅を含むことができる。混合酸化銅は、Cu、Oと、銅および酸素とは異なる別の元素とを含むn型半導体を指す。いくつかの実施形態では、混合酸化Cuは、CuMnO2またはCuFeO2とすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can include mixed copper oxide. Mixed copper oxide refers to an n-type semiconductor containing Cu, O and another element different from copper and oxygen. In some embodiments, the mixed oxidized Cu can be CuMnO 2 or CuFeO 2 .
いくつかの実施形態では、n型半導体は、単一または混合フェライトとすることができる。いくつかの実施形態では、混合フェライトは、α−Fe2O3;MFe2O4(式中、Mは、Mg、Zn、Ca、Ba、またはこれらの組合せである);Ca2Fe2O5、MFe12O19(式中、Mは、Sr、Ba、またはこれらの組合せである);Sr7Fe10O22、MFeO2.5+x(式中、Mは、Sr、Ba、またはこれらの組合せである)、Sr3Fe2O6.16;Bi1.5Pb0.5Sr2BiFe2O9.25;Pb2Sr2BiFe2O9+y;Bi2Sr2BiFe2O9+y;および/またはBi1.5Pb0.5Sr4Fe2O10.04とすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be a single or mixed ferrite. In some embodiments, the mixed ferrite is α-Fe 2 O 3 ; MFe 2 O 4 (wherein M is Mg, Zn, Ca, Ba, or combinations thereof); Ca 2 Fe 2 O 5 , MFe 12 O 19 (wherein M is Sr, Ba, or a combination thereof); Sr 7 Fe 10 O 22 , MFeO 2.5 + x (wherein M is Sr, Ba, or a combination thereof) Sr 3 Fe 2 O 6.16 ; Bi 1.5 Pb 0.5 Sr 2 BiFe 2 O 9.25 ; Pb 2 Sr 2 BiFe 2 O 9 + y ; Bi 2 Sr 2 BiFe 2 O 9 + y ; And / or Bi 1.5 Pb 0.5 Sr 4 Fe 2 O 10.04 .
いくつかの実施形態では、n型半導体は、CuxOが投入された酸窒化物半導体光触媒とすることができる。いくつかの実施形態では、酸窒化物半導体光触媒は、TaON;MTaO2N(式中、Mは、Ca、Sr、Ba、またはこれらの組合せである);SrNb2O7−xNx;(Ga1−xZnx)(N1−xOx);および/または(Zn1+xGe)(N2Ox)を含むことができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be an oxynitride semiconductor photocatalyst doped with Cu x O. In some embodiments, the oxynitride semiconductor photocatalyst is TaON; MTaO 2 N (wherein M is Ca, Sr, Ba, or a combination thereof); SrNb 2 O 7-x N x ; Ga 1-x Zn x) ( N 1-x O x); and / or (Zn 1 + x Ge) ( N 2 O x) can contain.
いくつかの実施形態では、n型半導体は、CuxOが投入された硫化物、セレン化物、またはスルホセレン化物半導体光触媒とすることができる。いくつかの実施形態では、硫化物、セレン化物、またはスルホセレン化物半導体光触媒は、Cd(Sy,Se1−y)(式中、0<y<1である);(Cd,Zn(Sy,Se1−y)(式中、0<y<1である);(AgIn)xZn2(1−x)(Sy,Se1−y)2(式中、0<y<1である);(CuIn)xZn2(1−x)(Sy,Se1−y)2(式中、0<y<1である);(CuAgIn)xSn2(1−x)(Sy,Se1−y)2(式中、0<y<1である);および/またはSm2Ti2S2O5を含むことができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be a sulfide, selenide, or sulfoselenide semiconductor photocatalyst loaded with Cu x O. In some embodiments, a sulfide, selenide or sulfoselenide compound semiconductor photocatalyst, is, Cd (S y, Se 1 -y) ( where, 0 <y <a 1); (Cd, Zn ( S y , Se 1-y ) (where 0 <y <1); (AgIn) x Zn 2 (1-x) (S y , Se 1-y ) 2 (where 0 <y <1 (CuIn) x Zn 2 (1-x) (S y , Se 1-y ) 2 (where 0 <y <1); (CuAgIn) x Sn 2 (1-x) (S y 1 , Se 1-y ) 2 (where 0 <y <1); and / or Sm 2 Ti 2 S 2 O 5 .
特定の実施形態では、n型半導体は、式Al2−xInxTiO5(式中、xは、0から2の範囲にある(0<x<2))によって表される化合物を含む。その他の特定の実施形態では、n型半導体は、式Zr1−yCeyTiO4(式中、yは、0から1の範囲にある(0<y<1))によって表される化合物を含む。特定の実施形態では、n型半導体は、ドーピングを通して制御される価電子帯を有する酸化チタンである。いくつかの実施形態では、n型半導体は、NもしくはCまたは両方がドープされた酸化チタンである。いくつかの実施形態では、酸化チタンは、式(Ti1−rMr)(O2−s−tCsNt)(式中、Mは、Sn、Ni、Sr、Ba、Fe、Bi、V、Mo、W、Zn、Cu、またはこれらの組合せであり;rは0から0.25の範囲にあり;sは0.001から0.1の範囲にあり;tは0.001から0.1の範囲にある)によって表される化合物を含む。いくつかの実施形態では、rは0.20以下である。いくつかの実施形態では、rは、より特別に、0;0.01;0.02;0.03;0.04;0.05;0.06;0.07;0.08;0.09;0.10;0.11;0.12;0.13;0.14;0.15;0.16;0.17;0.18;0.19;0.20;0.21;0.22;0.23;0.24;または0.25とすることができる。いくつかの実施形態では、sは、より特別に、0.001;0.005;0.01;0.02;0.03;0.04;0.05;0.06;0.07;0.08;0.09;または0.1とすることができる。いくつかの実施形態では、tは、より特別に、0.001;0.005;0.01;0.02;0.03;0.04;0.05;0.06;0.07;0.08;0.09;または0.1とすることができる。 In certain embodiments, n-type semiconductors, wherein Al 2-x In x TiO 5 ( wherein, x is in the range from 0 to 2 (0 <x <2) ) containing a compound represented by the. In other specific embodiments, the n-type semiconductor comprises a compound represented by the formula Zr 1-y Ce y TiO 4 , wherein y is in the range of 0 to 1 (0 <y <1). Including. In certain embodiments, the n-type semiconductor is titanium oxide having a valence band controlled through doping. In some embodiments, the n-type semiconductor is titanium oxide doped with N or C or both. In some embodiments, titanium oxide has the formula (Ti 1-r M r) (O 2-s-t C s N t) ( wherein, M represents, Sn, Ni, Sr, Ba , Fe, Bi , V, Mo, W, Zn, Cu, or combinations thereof; r is in the range of 0 to 0.25; s is in the range of 0.001 to 0.1; t is from 0.001 In the range of 0.1). In some embodiments, r is 0.20 or less. In some embodiments, r is more particularly 0; 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.06; 0.07; 0.08; 0.1; 0.13; 0.14; 0.15; 0.16; 0.17; 0.18; 0.19; 0.20; 0.21; 0.22; 0.23; 0.24; or 0.25. In some embodiments, s is more particularly 0.001; 0.005; 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.06; 0.07; 0.08; 0.09; or 0.1. In some embodiments, t is more particularly 0.001; 0.005; 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.06; 0.07; 0.08; 0.09; or 0.1.
材料は、光触媒化合物および/または組成物のその記述に関してその全体が参照により組み込まれる、2013年1月14日に出願された同時係属かつ同一出願人による出願第13/741,191号にも記載されている。いくつかの実施形態では、Mは、Sn、Ni、Sr、Ba、Fe、Bi、またはこれらの組合せである。いくつかの実施形態では、rは、0.0001から0.15の範囲にある。いくつかの実施形態では、MはSnである。いくつかの実施形態では、rは少なくとも0.001である。いくつかの実施形態では、n型半導体は、(Ti0.99Sn0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sn0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Sn0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Sn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.985Ni0.015)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.98Ni0.02)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ni0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Sr0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sr0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sr0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ba0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Ba0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Ni0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Zn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.77Sn0.15Cu0.08)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Zn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Bi0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.997Mo0.003)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984Mo0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.957Mo0.043)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97W0.03)(O2−s−tCsNt)、および/または(Ti0.95W0.05)(O2−s−tCsNt)を含む。いくつかの実施形態では、n型半導体は、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)、および/または(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)を含む。 The material is also described in co-pending and commonly assigned application No. 13 / 741,191 filed Jan. 14, 2013, which is incorporated by reference in its entirety with respect to its description of photocatalytic compounds and / or compositions. Has been. In some embodiments, M is Sn, Ni, Sr, Ba, Fe, Bi, or combinations thereof. In some embodiments, r is in the range of 0.0001 to 0.15. In some embodiments, M is Sn. In some embodiments, r is at least 0.001. In some embodiments, the n-type semiconductor is (Ti 0.99 Sn 0.01 ) (O 2−s−t CsNt), (Ti 0.97 Sn 0.03 ) (O 2−s−t C). s N t), (Ti 0.95 Sn 0.05) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.90 Sn 0.10) (O 2-s-t C s N t) , (Ti 0.85 Sn 0.15) ( O 2-s-t C s N t), (Ti 0.985 Ni 0.015) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0 .98 Ni 0.02 ) (O 2− st C s N t ), (Ti 0.97 Ni 0.03 ) (O 2−st C s N t ), (Ti 0.99 Sr 0 .01) (O 2-s- t C s N t), (Ti 0.97 Sr 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.95 Sr .05) (O 2-s- t C s N t), (Ti 0.97 Ba 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.95 Ba 0.05) ( O 2-s-t C s N t), (Ti 0.94 Sn 0.05 Fe 0.01) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.94 Sn 0.05 Ni 0 .01) (O 2-s- t C s N t), (Ti 0.99 Fe 0.01) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.95 Zn 0.05) ( O 2-s-t C s N t), (Ti 0.77 Sn 0.15 Cu 0.08) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.85 Zn 0.15) ( O 2-s-t C s N t), (Ti 0.90 Bi 0.10) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.996 V 0.004) (O 2 s-t C s N t) , (Ti 0.984 V 0.016) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.970 V 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.997 Mo 0.003) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.984 Mo 0.016) (O 2-s-t C s N t) , (Ti 0.957 Mo 0.043 ) (O 2−s−t C s N t ), (Ti 0.97 W 0.03 ) (O 2−s−t C s N t ), and / or (Ti 0.95 W 0.05 ) (O 2−s−t C s N t ). In some embodiments, the n-type semiconductor is (Ti 0.996 V 0.004 ) (O 2−s−t C s N t ), (Ti 0.984 V 0.016 ) ( O 2 −s− ). t C s N t ), and / or (Ti 0.970 V 0.03 ) (O 2−s−t C s N t ).
不均質材料が、n型半導体に投入されたp型半導体を含む、いくつかの実施形態では、不均質材料は第2のn型半導体をさらに含み、第2のn型半導体の少なくとも一部分は、p型半導体から単離されたイオン電荷である。いくつかの実施形態では、第2のn型半導体の少なくとも一部分は、p型半導体から物理的に分離され、イオン電荷はp型半導体から単離され、混合され、かつ/または投入されないものとすることができる。いくつかの実施形態では、第2のn型半導体は、本出願の他の箇所に記述されるようなn型半導体のいずれかとすることができる。いくつかの実施形態では、イオン電荷が単離されまたは混合されたn型半導体は、CeO2および/または複数相のn型半導体化合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数相のn型半導体化合物は、アナターゼ相およびルチル相化合物を含む。いくつかの実施形態では、複数相のn型半導体化合物は、酸化チタンとすることができる。いくつかの実施形態では、アナターゼ相は、2.5%から約97.5%、5%から約95%、および/または約10%から約90%とすることができ;ルチル相は、97.5%から約2.5%、95%から約5%、および/または約10%から約90%とすることができる。適切な材料の非限定的な例には、Evonikから販売された、商標名P25(アナターゼ相TiO2 83%+ルチル相TiO2 17%)の下で販売されるTiO2混合物が含まれるが、これに限定するものではない。いくつかの実施形態では、WO3に投入されたp型と物理的に混合されたn型半導体は、CeO2、TiO2、SrTiO3、および/またはKTaO3を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数相のn型半導体化合物(例えば、P25)に投入されたp型と物理的に混合されたn型半導体は、非投入型の複数相のn型半導体化合物(例えば、p25)を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数相のn型半導体化合物に投入されたp型と物理的に混合されたn型半導体は、CeO2、TiO2、SrTiO3、および/またはKTaO3を含むことができる。いくつかの実施形態では、n型半導体は無機物とすることができる。いくつかの実施形態では、無機n型半導体は、CeO2またはTiO2などを含めた金属酸化物などの酸化物とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体は、SiO2、SnO2、Al2O3、ZrO2、Fe2O3、Fe3O4、NiO、Nb2O5、および/またはCeO2を含むことができる。 In some embodiments, where the heterogeneous material includes a p-type semiconductor loaded into an n-type semiconductor, the heterogeneous material further includes a second n-type semiconductor, wherein at least a portion of the second n-type semiconductor is: It is an ionic charge isolated from a p-type semiconductor. In some embodiments, at least a portion of the second n-type semiconductor is physically separated from the p-type semiconductor and the ionic charge is isolated, mixed, and / or not injected from the p-type semiconductor. be able to. In some embodiments, the second n-type semiconductor can be any of the n-type semiconductors as described elsewhere in this application. In some embodiments, an n-type semiconductor with isolated or mixed ionic charges can include CeO 2 and / or a multi-phase n-type semiconductor compound. In some embodiments, the multi-phase n-type semiconductor compound comprises an anatase phase and a rutile phase compound. In some embodiments, the multi-phase n-type semiconductor compound can be titanium oxide. In some embodiments, the anatase phase can be 2.5% to about 97.5%, 5% to about 95%, and / or about 10% to about 90%; .5% to about 2.5%, 95% to about 5%, and / or about 10% to about 90%. Non-limiting examples of suitable materials include TiO 2 mixtures sold under the trade name P25 (83% anatase phase TiO 2 + 17% rutile phase TiO 2 ) sold by Evonik, However, the present invention is not limited to this. In some embodiments, the n-type semiconductor physically mixed with the p-type input to WO 3 can include CeO 2 , TiO 2 , SrTiO 3 , and / or KTaO 3 . In some embodiments, the n-type semiconductor physically mixed with the p-type injected into the multi-phase n-type semiconductor compound (eg, P25) is a non-input type multi-phase n-type semiconductor compound (eg, P25). In some embodiments, the n-type semiconductor physically mixed with the p-type loaded into the multi-phase n-type semiconductor compound may include CeO 2 , TiO 2 , SrTiO 3 , and / or KTaO 3. it can. In some embodiments, the n-type semiconductor can be inorganic. In some embodiments, the inorganic n-type semiconductor can be an oxide such as a metal oxide including CeO 2 or TiO 2 . In some embodiments, the n-type semiconductor comprises SiO 2 , SnO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, Nb 2 O 5 , and / or CeO 2 . be able to.
いくつかの実施形態では、n型半導体は、REkEmOn(式中、REは希土類元素であり、Eは、元素または元素の組合せであり、Oは酸素であり、1≦k≦2、2≦m≦3、および0≦n≦3である)とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体はREpOq(式中、REは、希土類金属とすることができ、pは、1以上2以下にすることができ、または1から2の間にすることができ;qは、2以上3以下にすることができ、または2から3の間にすることができる)とすることができる。適切な希土類元素の例には、スカンジウム、イットリウムと、ランタニドおよびアクチニド系列の元素とが含まれる。ランタニド元素には、原子番号57から71までの元素が含まれる。アクチニド元素には、原子番号89から103までの元素が含まれる。いくつかの実施形態では、n型半導体は、CexZryO2(式中、y/x比=0.001から0.999である)とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体はセリウムとすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体はCeOa(a≦2)とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体は酸化セリウム(CeO2)とすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor is RE k E m O n , where RE is a rare earth element, E is an element or combination of elements, O is oxygen, and 1 ≦ k ≦ 2, 2 ≦ m ≦ 3, and 0 ≦ n ≦ 3). In some embodiments, the n-type semiconductor is RE p O q where RE can be a rare earth metal and p can be between 1 and 2, or between 1 and 2 Q can be greater than or equal to 2 and less than or equal to 3, or between 2 and 3. Examples of suitable rare earth elements include scandium, yttrium, and lanthanide and actinide series elements. Lanthanide elements include elements with atomic numbers 57 to 71. Actinide elements include elements with atomic numbers 89 to 103. In some embodiments, the n-type semiconductor can be Ce x Zr y O 2 , where the y / x ratio = 0.001 to 0.999. In some embodiments, the n-type semiconductor can be cerium. In some embodiments, the n-type semiconductor can be CeO a (a ≦ 2). In some embodiments, the n-type semiconductor can be cerium oxide (CeO 2 ).
いくつかの実施形態では、n型半導体は非酸化物とすることができる。いくつかの実施形態では、非酸化物は、炭化物および/または窒化物とすることができる。いくつかの実施形態では、炭化物は炭化ケイ素とすることができる。 In some embodiments, the n-type semiconductor can be non-oxide. In some embodiments, the non-oxide can be carbide and / or nitride. In some embodiments, the carbide can be silicon carbide.
いくつかの実施形態では、n型半導体(例えば、CeO2)とp型半導体が投入されたWO3(例えば、CuxO−WO3)との物理的混合物のモル比は、n型半導体0〜99%対p型半導体(CuxOが投入されたWO3)100%〜1%とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体(例えば、CeO2)とp型半導体が投入されたWO3との物理的混合物のモル比は、n型半導体25から75%(およびそれらの間の全ての整数)対p型半導体が投入されたn型材料(例えば、WO3)75%から25%(およびそれらの間の全ての整数)とすることができる。いくつかの実施形態では、n型半導体(例えば、CeO2)とp型半導体が投入されたWO3との物理的混合物のモル比は、n型半導体40から60%(およびそれらの間の全ての整数)対p型半導体が投入されたn型材料(例えば、WO3)60%から40%(およびそれらの間の全ての整数)とすることができる。
In some embodiments, the molar ratio of the physical mixture of the n-type semiconductor (eg, CeO 2 ) and the WO 3 (eg, Cu x O—WO 3 ) into which the p-type semiconductor is loaded is n-
いくつかの実施形態では、不均質材料は、混合原子価酸化物化合物に対してイオン電荷により連通している貴金属を、さらに含むことができる。いくつかの実施形態では、貴金属は、n型半導体に投入される。いくつかの実施形態では、貴金属は、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、オスミウム、白金、および/または金、またはこれらの混合物とすることができるが、これらに限定するものではない。一実施形態では、貴金属は白金である。 In some embodiments, the heterogeneous material can further include a noble metal in communication with the mixed valence oxide compound by ionic charge. In some embodiments, the noble metal is input into an n-type semiconductor. In some embodiments, the noble metal can be, but is not limited to, rhodium, ruthenium, palladium, silver, osmium, platinum, and / or gold, or mixtures thereof. In one embodiment, the noble metal is platinum.
いくつかの実施形態では、混合原子価化合物を投入するための方法は、p型前駆体を誘引剤に添加して、n型半導体の表面電荷をより陰性にすることであり、このときのp型前駆体は、銅陽イオン錯体を含んでいる。いくつかの実施形態では、混合原子価化合物を投入するための方法は、誘引剤をn型化合物に添加するステップと;n型およびp型前駆体を、混合原子価化合物のドーピング温度よりも低い温度で互いに組み合わせるステップとを含む。いくつかの実施形態では、方法はさらに、分散剤をn型化合物に添加して、n型化合物の表面をより陽性に帯電させるステップを含む。 In some embodiments, the method for introducing the mixed valence compound is to add a p-type precursor to the attractant to make the surface charge of the n-type semiconductor more negative, where p The mold precursor includes a copper cation complex. In some embodiments, the method for introducing a mixed valence compound comprises adding an attractant to the n-type compound; and lowering the n-type and p-type precursors below the mixed valence compound doping temperature. Combining with each other at temperature. In some embodiments, the method further includes adding a dispersant to the n-type compound to more positively charge the surface of the n-type compound.
いくつかの実施形態では、混合原子価化合物を投入するための方法は、分散剤をn型化合物に添加して、n型化合物の表面をより陽性に帯電させること;p型前駆体を分散剤およびn型化合物に添加することであって、このp型前駆体が銅陽イオン錯体を含むものであること;誘引剤をn型化合物に添加して、n型半導体の表面電荷をより陰性にすること;および混合原子価化合物のドーピング温度よりも低い温度で、異なるように帯電させた材料を互いに組み合わせることとすることができる。 In some embodiments, the method for introducing a mixed valence compound comprises adding a dispersant to the n-type compound to make the surface of the n-type compound more positively charged; The p-type precursor contains a copper cation complex; an attractant is added to the n-type compound to make the surface charge of the n-type semiconductor more negative. And differently charged materials can be combined with each other at a temperature lower than the doping temperature of the mixed valence compound.
いくつかの実施形態では、分散剤は強酸とすることができる。いくつかの実施形態では、分散剤は4〜7M HClとすることができる。いくつかの実施形態では、分散剤は6M HClである。 In some embodiments, the dispersant can be a strong acid. In some embodiments, the dispersant can be 4-7M HCl. In some embodiments, the dispersant is 6M HCl.
いくつかの方法では、原子価制御材料を、異なるように帯電させた材料と共に添加して、混合原子価酸化物の合成中に混合原子価酸化物を制御する。いくつかの実施形態では、原子価制御材料は緩慢な還元剤である。いくつかの実施形態では、原子価制御材料は、糖、ヒドラジド、アミノ酸、および/またはアミドの少なくとも1種とすることができる。いくつかの実施形態では、アミドは尿素とすることができる。いくつかの実施形態では、糖は、スクロース、フルクトース、および/またはグルコースとすることができる。いくつかの実施形態では、糖はグルコースである。いくつかの実施形態では、ヒドラジドは、カルボヒドラジド、オキサリルジヒドラジド、マレイン酸ヒドラジド、ジホルミルヒドラジド、またはテトラホルミルトリサジンとすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、タンパク新生または天然アミノ酸の少なくとも1種とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、脂肪族アミノ酸(例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、および/またはイソロイシン)とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、ヒドロキシルまたは硫黄を含有するアミノ酸(例えば、セリン、システイン、トレオニン、および/またはメチオニン)とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は環状(例えば、プロリン)とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は芳香族(例えば、フェニルアラニン、チロシン、および/またはトリプトファン)とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は塩基性(例えば、ヒスチジン、リシン、および/またはアルギニン)とすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、酸性またはアミド(例えば、アスパルテート、グルタメート、アスパラギン、および/またはグルタミン)である。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、セレノシステインおよび/またはピロリシンとすることができる。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、非タンパク新生とすることができる。いくつかの実施形態では、非タンパク新生アミノ酸は、タンパク質に見られないものを含む(例えば、カルニチン、GABA)。いくつかの実施形態では、非タンパク新生アミノ酸は、標準的な細胞機構による単離におけるものとすることができる(例えば、ヒドロキシプロリンおよびセレノメチオニン)。いくつかの実施形態では、アミノ酸は水に可溶性である。いくつかの実施形態では、アミノ酸は90℃の水に可溶性である。いくつかの実施形態では、アミノ酸は、90℃の水に実質的に全体が溶解する。可溶性という用語は、当業者に公知の通常の意味を有する。 In some methods, a valence control material is added with a differently charged material to control the mixed valence oxide during the synthesis of the mixed valence oxide. In some embodiments, the valence control material is a slow reducing agent. In some embodiments, the valence control material can be at least one of a sugar, a hydrazide, an amino acid, and / or an amide. In some embodiments, the amide can be urea. In some embodiments, the sugar can be sucrose, fructose, and / or glucose. In some embodiments, the sugar is glucose. In some embodiments, the hydrazide can be carbohydrazide, oxalyl dihydrazide, maleic hydrazide, diformyl hydrazide, or tetraformyl trisazine. In some embodiments, the amino acid can be at least one proteinogenic or naturally occurring amino acid. In some embodiments, the amino acid can be an aliphatic amino acid (eg, glycine, alanine, valine, leucine, and / or isoleucine). In some embodiments, the amino acid can be a hydroxyl or sulfur containing amino acid (eg, serine, cysteine, threonine, and / or methionine). In some embodiments, the amino acid can be cyclic (eg, proline). In some embodiments, the amino acid can be aromatic (eg, phenylalanine, tyrosine, and / or tryptophan). In some embodiments, the amino acid can be basic (eg, histidine, lysine, and / or arginine). In some embodiments, the amino acid is acidic or amide (eg, aspartate, glutamate, asparagine, and / or glutamine). In some embodiments, the amino acid can be selenocysteine and / or pyrrolysine. In some embodiments, the amino acid can be non-proteinogenic. In some embodiments, non-proteinogenic amino acids include those not found in proteins (eg, carnitine, GABA). In some embodiments, non-proteinogenic amino acids can be in isolation by standard cellular mechanisms (eg, hydroxyproline and selenomethionine). In some embodiments, the amino acid is soluble in water. In some embodiments, the amino acid is soluble in 90 ° C. water. In some embodiments, the amino acid is substantially totally soluble in 90 ° C. water. The term soluble has the usual meaning known to those skilled in the art.
いくつかの実施形態では、混合原子価酸化物化合物、例えばCu1+化合物とCu2+化合物との比は、誘引剤の添加を含め、Cuをp型半導体に投入する方法によって制御することができる。いくつかの実施形態では、混合原子価酸化物化合物の比を制御することができる誘引剤は、単糖および塩基化合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、単糖はグルコースとすることができる。いくつかの実施形態では、グルコースは、D−グルコースおよび/またはL−グルコースとすることができる。いくつかの実施形態では、グルコースとNaOHとの比は、10%から90%から、90%から10%とすることができる。特定の比には、:15%から85%;20%から80%;25%から75%;30%から70%;35%から65%;40%から60%;45%から55%;50%から50%;55%から45%;60%から40%;65%から35%;70%から30%;75%から25%;80%から20%;および85%から15%を含めることもできる。いくつかの実施形態では、塩基はNaOHとすることができる。CuxO化合物は、原子価が化学的に制御されている。 In some embodiments, the ratio of mixed valence oxide compounds, such as Cu 1+ compounds and Cu 2+ compounds, can be controlled by the method of introducing Cu into the p-type semiconductor, including the addition of attractants. In some embodiments, attractants that can control the ratio of mixed valence oxide compounds can include monosaccharides and base compounds. In some embodiments, the monosaccharide can be glucose. In some embodiments, the glucose can be D-glucose and / or L-glucose. In some embodiments, the glucose to NaOH ratio can be from 10% to 90%, from 90% to 10%. Specific ratios include: 15% to 85%; 20% to 80%; 25% to 75%; 30% to 70%; 35% to 65%; 40% to 60%; 45% to 55%; Include% to 50%; 55% to 45%; 60% to 40%; 65% to 35%; 70% to 30%; 75% to 25%; 80% to 20%; and 85% to 15% You can also. In some embodiments, the base can be NaOH. The valence of the Cu x O compound is chemically controlled.
いくつかの実施形態では、誘引剤は、溶液全体のpHをpH8.0からpH9.0の間にするのに十分な量のヒドロキシル・イオンを提供する薬剤とすることができる。いくつかの実施形態では、誘引剤は強塩基とすることができる。いくつかの実施形態では、誘引剤は4〜7Mの強塩基である。いくつかの実施形態では、誘引剤は6M NaOHである。 In some embodiments, the attractant can be an agent that provides a sufficient amount of hydroxyl ions to bring the pH of the entire solution between pH 8.0 and pH 9.0. In some embodiments, the attractant can be a strong base. In some embodiments, the attractant is a 4-7M strong base. In some embodiments, the attractant is 6M NaOH.
いくつかの実施形態では、p型前駆体は、実質的にナトリウムを含まない化合物とすることができる。いくつかの実施形態では、実質的にナトリウムを含まない化合物は、銅陽イオン錯体とすることができる。いくつかの実施形態では、銅陽イオン錯体は、ビス(エチレンジアミン)銅(II)(BEDCuII)、テトラアミン塩化銅(II)、テトラアミン硫酸銅(II)、および/またはテトラアミン水酸化銅(II)、および/またはこれらの混合物とすることができる。いくつかの実施形態では、化合物は、ビス(エチレンジアミン)銅(II)とすることができる。BEDCuIIの構造を、以下に示す。
いくつかの実施形態では、混合原子価化合物のドーピング温度は、150℃から700℃の間である。いくつかの実施形態では、混合原子価化合物のドーピング温度未満は、175℃未満、150℃未満、125℃未満である。いくつかの実施形態では、混合温度は75℃から125℃の間である。いくつかの実施形態では、混合温度は80℃;85℃;95℃;100℃;105℃;110℃;115℃;120℃;または120℃である。 In some embodiments, the doping temperature of the mixed valence compound is between 150 ° C. and 700 ° C. In some embodiments, the mixed valence compound below the doping temperature is less than 175 ° C, less than 150 ° C, less than 125 ° C. In some embodiments, the mixing temperature is between 75 ° C and 125 ° C. In some embodiments, the mixing temperature is 80 ° C; 85 ° C; 95 ° C; 100 ° C; 105 ° C; 110 ° C; 115 ° C;
いくつかの実施形態では、p型半導体用に選択された前駆体は、塩化物、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酸化物、水酸化物、過酸化物、またはこれらの組合せの塩とすることができる。 In some embodiments, the precursor selected for the p-type semiconductor is a salt of chloride, acetate, nitrate, sulfate, carbonate, oxide, hydroxide, peroxide, or combinations thereof. It can be.
いくつかの実施形態では、記述される不均質材料は、光触媒活性を有する。不均質材料は、抗菌(明暗);抗ウイルス性とすることができ;揮発性有機化合物(VOC)を分解することができ;かつ/または食品添加物色素を変色させることができる。食品添加物色素の適切な非限定的な例には、Natural Blue Colored powder(Color Maker、Anaheim、California、USA)および/またはFD&CブルーNo.2合成食品添加物色素食品添加物色素(合成青色粉末、Chromatech,Inc.、Michigan、USA)が含まれる。本明細書に記述される不均質材料は、光触媒材料の耐久性(有効性の時間)も増大させることができる。 In some embodiments, the described heterogeneous material has photocatalytic activity. Heterogeneous materials can be antibacterial (light and dark); antiviral; can degrade volatile organic compounds (VOC); and / or can discolor food additive dyes. Suitable non-limiting examples of food additive dyes include Natural Blue Colored powder (Color Maker, Anaheim, California, USA) and / or FD & C Blue No. 2 Synthetic food additive dyes Food additive dyes (synthetic blue powder, Chromatech, Inc., Michigan, USA). The heterogeneous materials described herein can also increase the durability (time of effectiveness) of the photocatalytic material.
当業者は、例えば不均質材料が可視光に曝露された後、不均質材料が抗菌性(明)であるか否かを決定する方法を認識している。一実施形態では、抗菌曝露は、少なくとも10%の低減(90%の残存)、少なくとも50%の低減(50%の残存)、少なくとも99%の低減(少なくとも1%の残存)、少なくとも99.9%の低減(少なくとも0.1%の残存)、または少なくとも100%の低減(0%の残存)をもたらす。不均質材料が抗菌性(明)であるか否かを決定する1つの例は、存在する細菌の量を評価することによるものとすることができ;例えば、不均質材料が細菌に接触しかつ可視光に曝露された後に、存在する細菌の量の減少を評価する。例えば、サンプルを所定時間にわたり曝露した後の、サンプル中に存在する細菌の量を、評価することができる。いくつかの実施形態では、サンプルは、15分間、30分間、1時間、2時間、5時間、7.5時間、10時間、12時間、24時間曝露することができる。いくつかの実施形態では、サンプルは、蛍光光源からの800 luxまたは青色LEDからの少なくとも5mW/cm2に曝露される。
One skilled in the art knows how to determine whether a heterogeneous material is antibacterial (bright), for example after the heterogeneous material has been exposed to visible light. In one embodiment, the antimicrobial exposure is at least 10% reduction (90% survival), at least 50% reduction (50% survival), at least 99% reduction (at least 1% survival), at least 99.9. % Reduction (at least 0.1% residual), or at least 100% reduction (0% residual). One example of determining whether a heterogeneous material is antibacterial (bright) can be by assessing the amount of bacteria present; for example, if the heterogeneous material contacts the bacteria and After exposure to visible light, the reduction in the amount of bacteria present is assessed. For example, the amount of bacteria present in a sample after exposing the sample for a predetermined time can be assessed. In some embodiments, the sample can be exposed for 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 5 hours, 7.5 hours, 10 hours, 12 hours, 24 hours. In some embodiments, the sample is exposed to 800 lux from a fluorescent light source or at least 5 mW /
当業者は、不均質材料が抗菌性(暗)であるか否かを決定する方法を認識している。一実施形態では、抗菌曝露は、少なくとも10%の低減(90%の残存)、少なくとも50%の低減(50%の残存)、少なくとも99%の低減(少なくとも1%の残存)、少なくとも99.9%の低減(少なくとも0.1%の残存)、または少なくとも100%の低減(0%の残存)をもたらす。不均質材料が抗菌性(暗)であるか否かを決定する1つの例は、存在する細菌の量を評価することによるものとすることができ、例えば、不均質材料が可視光への曝露なしで細菌と接触した後に、存在するコロニーの数の低減または減少を評価する。 Those skilled in the art are aware of methods for determining whether a heterogeneous material is antibacterial (dark). In one embodiment, the antimicrobial exposure is at least 10% reduction (90% survival), at least 50% reduction (50% survival), at least 99% reduction (at least 1% survival), at least 99.9. % Reduction (at least 0.1% residual), or at least 100% reduction (0% residual). One example of determining whether a heterogeneous material is antibacterial (dark) can be by assessing the amount of bacteria present, for example, exposure of the heterogeneous material to visible light. The reduction or reduction in the number of colonies present is assessed after contact with bacteria without.
当業者は、不均質材料が抗ウイルス性であるか否かを決定する方法を認識している。不均質材料が抗ウイルス性であるか否かを決定する1つの例は、例えば、ウイルス(ファージ)コロニーの数の阻害または低減を評価することによるものとすることができる。一実施形態では、不均質材料が抗ウイルス性であるか否かの決定は、不均質材料に曝露した後に、経時的に存在するウイルス・コロニーの数を計数することによるものとすることができる。一実施形態では、抗ウイルス曝露は、少なくとも10%の低減(90%の残存)、少なくとも50%の低減(50%の残存)、少なくとも99%の低減(少なくとも1%の残存)、少なくとも99.9%の低減(少なくとも0.1%の残存)、または少なくとも100%の低減(0%の残存)をもたらす。 Those skilled in the art are aware of methods for determining whether a heterogeneous material is antiviral. One example of determining whether a heterogeneous material is antiviral can be, for example, by assessing inhibition or reduction of the number of viral (phage) colonies. In one embodiment, the determination of whether a heterogeneous material is antiviral can be by counting the number of viral colonies present over time after exposure to the heterogeneous material. . In one embodiment, the antiviral exposure is at least 10% reduction (90% residual), at least 50% reduction (50% residual), at least 99% reduction (at least 1% residual), at least 99. This results in a 9% reduction (at least 0.1% residual), or at least 100% reduction (0% residual).
当業者は、不均質材料が揮発性有機化合物を分解するか否かを決定する方法を認識している。不均質材料が揮発性有機化合物を分解するか否かを決定する1つの例は、電磁放射線、例えば可視光の下で有機化合物の分解を評価することによるものとすることができる。一実施形態では、アセトアルデヒドの分解を初期分解の減少または%として決定することは、揮発性有機化合物の分解を決定する任意選択の方法であり;例えば、経時的に0%から90%に及び;または270mW/cm2の電力を有する455nmの青色発光LEDなどの、ある量の可視光の下で3から10時間または5時間を経る。いくつかの実施形態では、分解は、不均質材料に曝露した後に、アセチルアルデヒドの初期量の少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、または100%である。 Those skilled in the art know how to determine whether a heterogeneous material decomposes volatile organic compounds. One example of determining whether a heterogeneous material decomposes volatile organic compounds can be by evaluating the decomposition of organic compounds under electromagnetic radiation, eg, visible light. In one embodiment, determining the degradation of acetaldehyde as a reduction or% of initial degradation is an optional method of determining the degradation of volatile organic compounds; for example, ranging from 0% to 90% over time; Or it takes 3 to 10 hours or 5 hours under a certain amount of visible light, such as a 455 nm blue light emitting LED with a power of 270 mW / cm 2 . In some embodiments, the degradation is at least 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, or 100% of the initial amount of acetylaldehyde after exposure to the heterogeneous material.
当業者は、不均質材料が食品添加物または色素を変色させるか否かを決定する方法を認識している。食品添加物色素の変色を決定する1つの例は、経時的な食品色素添加物の初期量の減少またはパーセンテージによるものとすることができる。1つの例において、食品添加物は、天然アントシアニン食品添加物色素またはFDC食品添加物色素とすることができる。いくつかの実施形態では、食品色素添加物の変色は、45mW/cm2の電力で、455nmで発光する青色LEDの下、5時間後に、0%から60%とすることができる。いくつかの実施形態では、分解は、不均質材料に曝露した後に、天然アントシアニン食品添加物色素の初期量の少なくとも25%、30%、40%、50%、および/または60%である。
Those skilled in the art know how to determine whether a heterogeneous material discolors a food additive or pigment. One example of determining the color change of the food additive dye may be due to a decrease or percentage of the initial amount of food dye additive over time. In one example, the food additive can be a natural anthocyanin food additive dye or an FDC food additive dye. In some embodiments, the color change of the food dye additive can be 0% to 60% after 5 hours under a blue LED emitting at 455 nm with a power of 45 mW /
当業者は、不均質材料が経時的に活性;例えば、不均質材料の耐久性を維持するか否か決定する方法を認識している。いくつかの実施形態では、食品色素添加物の変色は、45mW/cm2の電力で、455nmで発光する青色LEDの下、5時間後に、ゼロ%から60%に減少した。例えば、いくつかの実施形態では、抗菌活性の保持は、少なくとも7日間、相対湿度85%および85℃に曝露した後である。
Those skilled in the art are aware of how to determine whether a heterogeneous material is active over time; for example, whether to maintain the durability of the heterogeneous material. In some embodiments, the color change of the food dye additive decreased from zero to 60% after 5 hours under a blue LED emitting at 455 nm with a power of 45 mW /
(実施態様1)
第1の金属酸化物化合物および第2の金属酸化物化合物を含むp型半導体であって、該第1の金属酸化物化合物および該第2の金属酸化物化合物が同じ金属の異なる酸化状態を有し、p型価電子帯を有するp型半導体と;
該p型価電子帯よりも深いn型価電子帯を有するn型半導体であって、該p型半導体に対してイオン電荷により連通しているn型半導体と
を含む、不均質材料。
(実施態様2)
前記第1の金属酸化物化合物および前記第2の金属酸化物化合物に対して、イオン電荷により連通している貴金属をさらに含む、実施態様1の不均質材料。
(実施態様3)
前記貴金属が、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、銀、オスミウム、白金、または金である、実施態様2の不均質材料。
(実施態様4)
前記貴金属が前記n型半導体に投入された、実施態様2または3の不均質材料。
(実施態様5)
第2のn型半導体をさらに含み、該第2のn型半導体の少なくとも一部分が、前記p型半導体から単離されたイオン電荷である、実施態様1、2、3または4の不均質材料。
(実施態様6)
前記第2のn型半導体が酸化セリウムを含む、実施態様5の不均質材料。
(実施態様7)
前記酸化セリウムがCeO2である、実施態様6の不均質材料。
(実施態様8)
前記第2のn型半導体が複数相TiO2を含む、実施態様5の不均質材料。
(実施態様9)
前記第1の金属酸化物化合物が銅(I)を含みかつ前記第2の金属酸化物化合物が銅(II)を含み、前記第1の金属酸化物化合物がコバルト(II)を含みかつ前記第2の金属酸化物化合物がコバルト(III)を含み、前記第1の金属酸化物化合物がMn(II)を含みかつ前記第2の金属酸化物化合物がMn(III)を含み、前記第1の金属酸化物化合物がFe(II)を含みかつ前記第2の金属酸化物化合物がFe(III)を含み、または前記第1の金属酸化物化合物がIr(III)を含みかつ前記第2の金属酸化物化合物がIr(IV)を含む、実施態様1、2、3、4、5、6、7または8の不均質材料。
(実施態様10)
前記p型半導体が前記n型半導体に投入される、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8または9の不均質材料。
(実施態様11)
前記p型半導体が前記n型半導体上に実質的に均一に分散された、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8または9の不均質材料。
(実施態様12)
前記p型半導体が、100nm以下の粒度を有する粒子の形をとる、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11の不均質材料。
(実施態様13)
前記p型半導体が銅(I)および銅(II)を含む、請求項9の不均質材料。
(実施態様14)
前記p型半導体がCuxOを含む、実施態様13の不均質材料。
(実施態様15)
前記CuxOが、化学的に原子価制御される、実施態様14の不均質材料。
(実施態様16)
銅(I):銅(II)の比が10:90から30:70の間である、実施態様9の不均質材料。
(実施態様17)
前記p型半導体が、前記不均質材料の0.001から10重量%であり、前記n型半導体が、前記不均質材料の90から99.999重量%である、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15または16の不均質材料。
(実施態様18)
前記n型半導体が、セリウム、タングステン、タンタル、スズ、亜鉛、ストロンチウム、ジルコニウム、バリウム、インジウム、またはアルミニウムの酸化物である、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様19)
前記n型半導体が、Sn−Ti(O、C、N)2、MgTi2O5、CeO2、KTaO3、Ta2O5、SnO2、WO3、ZnO、SrTiO3、BaTiO3、ZrTiO4、In2TiO5、Al2TiO5、またはLiCa2Zn2V3O12を含む、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様20)
前記n型半導体がAl2−xInxTiO5(式中、0<x<2)である、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様21)
前記n型半導体がZr1−yCeyTiO4(式中、0<y<1)である、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様22)
前記n型半導体が、ドーピングを通して制御された価電子帯を有する酸化チタンである、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様23)
前記n型半導体が、N、C、または両方がドープされた酸化チタンである、実施態様1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16または17の不均質材料。
(実施態様24)
前記n型半導体が、式(Ti1−rMr)(O2−s−tCsNt)により表された化合物
(式中、
Mは、Sn、Ni、Sr、Ba、Fe、Bi、V、Mo、W、Zn、Cu、またはこれらの組合せであり、
rは0から0.25であり、
sは0.001から0.1であり、
tは0.001から0.1である)
を含む酸化チタンである、実施態様22の不均質材料。
(実施態様25)
(Ti0.99Sn0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sn0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Sn0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Sn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.985Ni0.015)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.98Ni0.02)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ni0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Sr0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Sr0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Sr0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97Ba0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Ba0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.94Sn0.05Ni0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.99Fe0.01)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95Zn0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.77Sn0.15Cu0.08)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.85Zn0.15)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.90Bi0.10)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.997Mo0.003)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984Mo0.016)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.957Mo0.043)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.97W0.03)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.95W0.05)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.996V0.004)(O2−s−tCsNt)、(Ti0.984V0.016)(O2−s−tCsNt)、または(Ti0.970V0.03)(O2−s−tCsNt)
を含む、実施態様24の不均質材料。
(実施態様26)
前記n型半導体が、(Ti1−rMr)(O2−s−tCsNt)
(式中、
Mは、Snであり、
rは0から0.25であり、
sは0.001から0.1であり、
tは0.001から0.1である)
を含む、実施態様16の不均質材料。
(実施態様27)
rが0よりも大きい、実施態様26の不均質材料。
(実施態様28)
rが0であり、前記半導体がルチル相およびアナターゼ相を含む、実施態様26の不均質材料。
(実施態様29)
前記n型半導体が酸化スズである、実施態様16の不均質材料。
(実施態様30)
光の存在下、実施態様1〜29のいずれかの均質材料を含む光触媒に化合物を曝露するステップを含む、化合物を分解する方法。
(実施態様31)
前記化合物が汚染物質である、実施態様30の方法。
(実施態様32)
光の存在下、実施態様1〜29のいずれかの均質材料を含む光触媒に微生物を曝露するステップを含む、微生物を死滅させる方法。
(Embodiment 1)
A p-type semiconductor comprising a first metal oxide compound and a second metal oxide compound, wherein the first metal oxide compound and the second metal oxide compound have different oxidation states of the same metal. A p-type semiconductor having a p-type valence band;
An inhomogeneous material comprising an n-type semiconductor having an n-type valence band deeper than the p-type valence band and communicating with the p-type semiconductor by ionic charges.
(Embodiment 2)
The heterogeneous material of
(Embodiment 3)
The heterogeneous material of
(Embodiment 4)
The heterogeneous material according to
(Embodiment 5)
The heterogeneous material of
(Embodiment 6)
(Embodiment 7)
The cerium oxide is CeO 2,
(Embodiment 8)
(Embodiment 9)
The first metal oxide compound includes copper (I) and the second metal oxide compound includes copper (II), the first metal oxide compound includes cobalt (II) and the first The second metal oxide compound includes cobalt (III), the first metal oxide compound includes Mn (II), and the second metal oxide compound includes Mn (III), The metal oxide compound includes Fe (II) and the second metal oxide compound includes Fe (III), or the first metal oxide compound includes Ir (III) and the second metal Embodiment 9. A heterogeneous material according to
(Embodiment 10)
The heterogeneous material of
(Embodiment 11)
The heterogeneous material of
(Embodiment 12)
The heterogeneous material of
(Embodiment 13)
The heterogeneous material of claim 9, wherein the p-type semiconductor comprises copper (I) and copper (II).
(Embodiment 14)
The heterogeneous material of
(Embodiment 15)
(Embodiment 16)
The heterogeneous material of embodiment 9, wherein the ratio of copper (I): copper (II) is between 10:90 and 30:70.
(Embodiment 17)
(Embodiment 18)
(Embodiment 19)
The n-type semiconductor, Sn-Ti (O, C , N) 2, MgTi 2
(Embodiment 20)
(Embodiment 21)
(Embodiment 22)
(Embodiment 23)
(Embodiment 24)
The n-type semiconductor, wherein (Ti 1-r M r) compounds represented by (O 2-s-t C s N t) ( in the formula,
M is Sn, Ni, Sr, Ba, Fe, Bi, V, Mo, W, Zn, Cu, or combinations thereof;
r is from 0 to 0.25;
s is 0.001 to 0.1,
t is 0.001 to 0.1)
23. The heterogeneous material of embodiment 22 which is titanium oxide comprising
(Embodiment 25)
(Ti 0.99 Sn 0.01) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.97 Sn 0.03) (O 2-s-t C s N t), (
25. The heterogeneous material of embodiment 24, comprising:
(Embodiment 26)
The n-type semiconductor, (Ti 1-r M r ) (O 2-s-t C s N t)
(Where
M is Sn,
r is from 0 to 0.25;
s is 0.001 to 0.1,
t is 0.001 to 0.1)
The heterogeneous material of
(Embodiment 27)
Embodiment 27. The heterogeneous material of embodiment 26, wherein r is greater than 0.
(Embodiment 28)
27. The heterogeneous material of embodiment 26, wherein r is 0 and the semiconductor comprises a rutile phase and an anatase phase.
(Embodiment 29)
Embodiment 17. The heterogeneous material of
(Embodiment 30)
30. A method of degrading a compound comprising exposing the compound to a photocatalyst comprising a homogeneous material of any of embodiments 1-29 in the presence of light.
(Embodiment 31)
Embodiment 31. The method of
(Embodiment 32)
A method of killing a microorganism comprising exposing the microorganism to a photocatalyst comprising the homogeneous material of any of embodiments 1-29 in the presence of light.
I. 合成
実施例1(a).n型半導体の合成(Ex−1)
Ti(CNO)2:Sn(Ex−1): 2−エチルヘキサン酸スズ(II)[オクタン酸スズ(II)および/またはオクタン酸第一スズとしても公知である](Spectrum Chemicals、Gardena、CA、USA)3.78g、50重量%ビス(アンモニウムラクタト)二水酸化チタン(IV)溶液(乳酸チタン、[Tyzor LA])(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)30ml、および硝酸アンモニウム(NH4NO3)(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)15.0gを、逆浸透(RO)精製水25mlに溶解し、次いで150℃に加熱し、20分間撹拌した。次いで得られた混合物を、周囲雰囲気(室内雰囲気)および圧力条件下、予熱したマッフル炉内で、350℃で40分間加熱した。得られた粉末を、予熱したマッフル炉内に配置し、次いで周囲条件下、475℃で40分間アニールした。
I. Synthesis Example 1 (a). Synthesis of n-type semiconductor (Ex-1)
Ti (CNO) 2 : Sn (Ex-1): Tin (II) 2-ethylhexanoate [also known as stannous octoate and / or stannous octoate] (Spectrum Chemicals, Gardena, CA) USA) 3.78 g, 50 wt% bis (ammonium lactato) titanium dihydroxide (IV) solution (titanium lactate, [Tyzor LA]) (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 30 ml, and ammonium nitrate ( NH 4 NO 3 ) (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 15.0 g was dissolved in 25 ml of reverse osmosis (RO) purified water, then heated to 150 ° C. and stirred for 20 minutes. The resulting mixture was then heated at 350 ° C. for 40 minutes in a preheated muffle furnace under ambient (room) atmosphere and pressure conditions. The resulting powder was placed in a preheated muffle furnace and then annealed at 475 ° C. for 40 minutes under ambient conditions.
実施例1(b).投入
燃焼合成したTi(O,C,N)2:Sn(6g)を、6M HCl(60mL)と、90℃で3時間、水浴中で撹拌しながら混合した。次いで混合物を室温まで冷却し、0.2ミクロン膜濾紙に通して濾過し、脱イオン水(DI)水100から150mLで洗浄し、最後に室温で一晩、10から15時間の間で乾燥した。
Example 1 (b). Input Combustion synthesized Ti (O, C, N) 2 : Sn (6 g) was mixed with 6M HCl (60 mL) at 90 ° C. for 3 hours with stirring in a water bath. The mixture was then cooled to room temperature, filtered through a 0.2 micron membrane filter paper, washed with 100-150 mL of deionized water (DI) water, and finally dried at room temperature overnight for 10-15 hours. .
加工されたTi(O,C,N)2:Sn(1g)に対する銅の重量分率は、0.01であった。CuCl2・2H2O(26.8mg)の10mLの水溶液を、加工したTi(O,C,N)2:Sn 1gと共に90℃で1時間撹拌した。次いでNaOH(50mg)およびグルコース(250mg)を含有する水溶液1.5mlを、撹拌しながら90℃で反応混合物に添加した。グルコースおよびNaOHの水溶液を添加した後、混合物をさらに1時間撹拌し、次いで室温まで冷却し、その後、0.2ミクロンの膜に通して濾過し、100から150mLのDI水で洗浄し、最後に空気炉内で一晩(10から15時間)、110℃で乾燥した。 The weight fraction of copper relative to the processed Ti (O, C, N) 2 : Sn (1 g) was 0.01. A 10 mL aqueous solution of CuCl 2 .2H 2 O (26.8 mg) was stirred at 90 ° C. for 1 hour with 1 g of processed Ti (O, C, N) 2 : Sn. Then 1.5 ml of an aqueous solution containing NaOH (50 mg) and glucose (250 mg) was added to the reaction mixture at 90 ° C. with stirring. After the addition of an aqueous solution of glucose and NaOH, the mixture was stirred for an additional hour, then cooled to room temperature, then filtered through a 0.2 micron membrane, washed with 100 to 150 mL DI water, and finally Dry at 110 ° C. overnight (10-15 hours) in an air oven.
Ex−1におけるCuO:Cu2Oの重量比は、0.789:0.211であることが決定された。比較によれば、Quiら、ACS Nano、6、1609〜1618の手順により得られたCuxO/TiO2ナノ複合体は、そのCuO:Cu2Oの重量比が0.169:0.831であった。 The weight ratio of CuO: Cu 2 O in Ex-1 was determined to be 0.789: 0.211. By comparison, the CuxO / TiO 2 nanocomposite obtained by the procedure of Qui et al., ACS Nano, 6, 1609-1618, had a CuO: Cu 2 O weight ratio of 0.169: 0.831. It was.
実施例1(b)’.比較例0(CE−0)
0.25重量%CuO+0.125重量%Cu2OとしてのCuの全重量パーセントを、5〜10mL量のメタノール中で、乳鉢および乳棒を使用して手によりSn−Ti(OCN)2光触媒と物理的に混合した。混合は、全てのメタノールが蒸発するまで継続した。
Example 1 (b) '. Comparative Example 0 (CE-0)
The total weight percent of Cu as 0.25 wt% CuO + 0.125 wt% Cu 2 O is physically added to the Sn—Ti (OCN) 2 photocatalyst and physical using a mortar and pestle in 5-10 mL amounts of methanol. Mixed. Mixing was continued until all the methanol had evaporated.
実施例1(c).比較例1(CE−1)
CE−1(Ti(CNO)2:Sn)は、CuxOの投入を行わずに(ステップAのみ)非投入型Ti(CNO)2:Sn(CuxOなし)を得たこと以外、実施例1(a)の場合に類似した手法で調製した。
Example 1 (c). Comparative Example 1 (CE-1)
CE-1 (Ti (CNO) 2: Sn) is without introduction of Cu x O (Step A only) Non-on type Ti (CNO) 2: except that to obtain a Sn (without Cu x O), Prepared in a similar manner to Example 1 (a).
実施例1(d).比較例2(Ex−1A)
Ex−1Aは、NaOH 50mgの代わりに25mgを、かつグルコース250mgの代わりに125mgを使用したこと以外、上記実施例1(b)の場合に類似した手法で調製した。
Example 1 (d). Comparative Example 2 (Ex-1A)
Ex-1A was prepared in a similar manner as in Example 1 (b) above, except that 25 mg was used instead of 50 mg NaOH and 125 mg was used instead of 250 mg glucose.
実施例1(d)’.比較例2’(Ex−1B)
Ex−1Bは、加工されたTi(O,C,N)2:Sn(1g)に対する銅の重量分率が0.005であること以外、上記実施例1(b)の場合に類似した手法で調製した。
Example 1 (d) '. Comparative Example 2 ′ (Ex-1B)
Ex-1B is a method similar to that in Example 1 (b) except that the weight fraction of copper with respect to the processed Ti (O, C, N) 2 : Sn (1 g) is 0.005. It was prepared with.
実施例1(e).比較例3(Ex−2およびEx−3)
Ex−2(プラズマWO3)およびEx−3(商用GTP WO3)は、Ti(O,C,N)2:Sn光触媒の代わりに同じモル量のプラズマWO3または商用GTP−WO3を使用し;NaOHを反応混合物に添加せずかつグルコースの量が250mgの代わりに125mgであること以外、上記Ex−1の場合に類似した手法で調製した。プラズマWO3は、参照によりそれに関する教示が本明細書に組み込まれる2013年1月10日に出願された米国特許出願第13/738,243号に記載されているものと類似の手法で作製した。GTP WO3は、Global Tungsten & Powder(Towanda、PA、USA)から購入し、さらなる精製またはアニーリングなしで使用した。
Example 1 (e). Comparative Example 3 (Ex-2 and Ex-3)
Ex-2 (plasma WO 3 ) and Ex-3 (commercial GTP WO 3 ) use the same molar amount of plasma WO 3 or commercial GTP-WO 3 instead of Ti (O, C, N) 2 : Sn photocatalyst And prepared in a similar manner to Ex-1 above, except that no NaOH was added to the reaction mixture and the amount of glucose was 125 mg instead of 250 mg. Plasma WO 3 was made in a manner similar to that described in US patent application Ser. No. 13 / 738,243, filed Jan. 10, 2013, the teachings of which are incorporated herein by reference. . GTP WO 3 was purchased from Global Tungsten & Powder (Towanda, PA, USA) and used without further purification or annealing.
水酸化ビス(エチレンジアミン)銅(II)1モル溶液0.159mLを、RO水10mLと混合し、WO3 1gと共に90℃で1時間撹拌した。次いでグルコース(125mg)を、撹拌しながら90℃で反応混合物に添加した。グルコースの水溶液を添加した後、混合物をさらに1時間撹拌し、次いで室温まで冷却し、その後、0.2ミクロンの膜に通して濾過し、100から150mLのDI水で洗浄し、最後に空気炉内で一晩(10から15時間)、110℃で乾燥した。 0.159 mL of 1 mol solution of bis (ethylenediamine) copper (II) hydroxide was mixed with 10 mL of RO water and stirred at 90 ° C. for 1 hour with 1 g of WO 3 . Glucose (125 mg) was then added to the reaction mixture at 90 ° C. with stirring. After the aqueous solution of glucose was added, the mixture was stirred for an additional hour, then cooled to room temperature, then filtered through a 0.2 micron membrane, washed with 100-150 mL DI water, and finally air oven And dried at 110 ° C. overnight (10 to 15 hours).
実施例1(f).比較例4(Ex−4、Ex−5、Ex−6、CE−2)
Ex−4、Ex−5、Ex−6、およびCE−2は、Ti(O,C,N)2:Snの代わりに同モル量のCeO2を使用すること以外、Ex−1の場合に類似した手法で調製した。さらに、投入条件を下記の通り修正した:Ex−4:NaOH(25mg)およびグルコース(125mg)の水溶液;Ex−5:グルコースなし;Ex−6:グルコース(62.5mg)およびNaOH(25mg)の濃度。
Example 1 (f). Comparative Example 4 (Ex-4, Ex-5, Ex-6, CE-2)
Ex-4, Ex-5, Ex-6, and CE-2 are in the case of Ex-1, except that the same molar amount of CeO 2 is used instead of Ti (O, C, N) 2 : Sn. Prepared in a similar manner. In addition, the input conditions were modified as follows: Ex-4: NaOH (25 mg) and glucose (125 mg) in water; Ex-5: No glucose; Ex-6: Glucose (62.5 mg) and NaOH (25 mg). concentration.
CE−2は、CE−2が(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のCeO2(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)であること以外、CE−1に類似している。CeO2は、さらなる精製またはアニーリングなしで、販売業者から受け取ったままの状態で使用した。 CE-2 is a non-input molar amount of CeO 2 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) with respect to CE-2 (relative to Ti (O, C, N) 2 : Sn). Is similar to CE-1. CeO 2 was used as received from the vendor without further purification or annealing.
実施例1(g).比較例5(Ex−7、CE−3)
Ex−7は、Ti(O,C,N)2:Snの代わりに同モル量の絶縁体、Al2O3を使用し、NaOH 25mgを使用し、かつグルコース125mgを使用すること以外、上記Ex−1の場合に類似した手法で調製した。CuxOの投入は、Al2O3に対してCuが1重量%であった。CE−3は、CE−3が(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のAl2O3であること以外、CE−1に類似している。Al2O3は、さらなる精製またはアニーリングなしで、販売業者から受け取ったままの状態で使用した。
Example 1 (g). Comparative Example 5 (Ex-7, CE-3)
Ex-7, except that Ti (O, C, N) 2 : Sn is replaced by the same molar amount of insulator, Al 2 O 3 ,
実施例1(h).比較例6(Ex−8、CE−4)
Ex−8は、Ti(O,C,N)2:Snの代わりに同モル量のn型UV活性光触媒、Ta2O5を使用し、NaOH 25mgおよびグルコース125mgを使用すること以外、上記Ex−1の場合に類似した手法で調製した。CuxOの投入は、Ta2O5に対してCuが1重量%であった。CE−4は、CE−4が(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のTa2O5(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)であること以外、CE−1に類似している。Ta2O5は、さらなる精製またはアニーリングなしで、販売業者から受け取ったままの状態で使用した。
Example 1 (h). Comparative Example 6 (Ex-8, CE-4)
Ex-8 uses the same molar amount of n-type UV active photocatalyst, Ta 2 O 5 instead of Ti (O, C, N) 2 : Sn, except that 25 mg NaOH and 125 mg glucose are used. Prepared in a similar manner to -1. The input of Cu x O was 1% by weight of Cu with respect to Ta 2 O 5 . CE-4 is a non-input molar amount of Ta 2 O 5 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) with CE-4 (relative to Ti (O, C, N) 2 : Sn). Except that it is similar to CE-1. Ta 2 O 5 was used as received from the vendor without further purification or annealing.
実施例1(i).比較例7(Ex−9、Ex−10、Ex−11、Ex−19、Ex−20、CE−4A)
Ex−9は、Ti(O,C,N)2:Snの代わりに同量のn型UV活性光触媒、SnO2を使用すること以外、上記Ex−1の場合に類似した手法で調製した。CuxOの投入は、SnO2に対してCuが1重量%であった。ナノサイズのSnO2(US Research Nanomaterial、Houston、TX、USA)を、箱形炉内で、空気中で1時間、900℃でアニールした。次いでEx−1のように6M HCl水溶液中に浸漬した。Ex−10では、NaOHの量は25mgであり、使用したグルコースの量は125mgであった。Ex−11では、NaOHの量は75mgであり、グルコースの量は375mgであった。Ex−19およびEx−20では、アニールされたSnO2を、Ex−1、Ex−10、Ex−11のように6M HCl水溶液に浸漬しなかった。Ex−19では、NaOHの量は25mgであり、使用したグルコースの量は3mgであった。Ex−20では、NaOHの量は25mgであり、グルコースの量は10mgであった。CE−4Aは、CE−4Aが(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のSnO2であること以外、CE−1に類似している。SnO2に対して固定量の1重量%のCuを投入しながらNaOHおよびグルコースの量を変えることにより、異なる外観の本体色が得られた。
Example 1 (i). Comparative Example 7 (Ex-9, Ex-10, Ex-11, Ex-19, Ex-20, CE-4A)
Ex-9 are, Ti (O, C, N ) 2: the same amount of n-type UV active photocatalyst instead of Sn, but using SnO 2, was prepared in a manner similar to the case of the ex-1. The input of Cu x O was 1% by weight of Cu with respect to SnO 2 . Nano-sized SnO 2 (US Research Nanomaterial, Houston, TX, USA) was annealed at 900 ° C. for 1 hour in air in a box furnace. Subsequently, it was immersed in 6M HCl aqueous solution like Ex-1. In Ex-10, the amount of NaOH was 25 mg and the amount of glucose used was 125 mg. In Ex-11, the amount of NaOH was 75 mg and the amount of glucose was 375 mg. In Ex-19 and Ex-20, annealed SnO 2 was not immersed in 6M HCl aqueous solution like Ex-1, Ex-10, Ex-11. In Ex-19, the amount of NaOH was 25 mg and the amount of glucose used was 3 mg. In Ex-20, the amount of NaOH was 25 mg and the amount of glucose was 10 mg. CE-4A is similar to CE-1 except that CE-4A is an equivalent non-input molar amount of SnO2 (relative to Ti (O, C, N) 2 : Sn). By varying the amount of NaOH and glucose while introducing 1 wt% of Cu a fixed amount relative to the SnO 2, the body color of the different appearance is obtained.
実施例1(j).比較例8(Ex−12、CE−5、Ex−13)
Ex−12は、上記Ex−1Bの場合に類似した手法で調製した。CuxOの投入は、NaOH 50mgの代わりに25mgを使用しかつグルコース250mgの代わりに125mgを使用すること以外、ルチルTiO2(テイカ(株)、大阪、日本)に行った。
Example 1 (j). Comparative Example 8 (Ex-12, CE-5, Ex-13)
Ex-12 was prepared in a similar manner to Ex-1B above. Cu x O was charged to rutile TiO 2 (Taika, Osaka, Japan) except that 25 mg was used instead of 50 mg NaOH and 125 mg was used instead of 250 mg glucose.
CE−5は、CE−5が(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のルチルTiO2(テイカ(株)、大阪、日本)であること以外、CE−1に類似している。ルチルTiO2は、さらなる精製またはアニーリングなしで、販売業者から受け取ったままの状態で使用した。 CE-5 is CE-5 (except for Ti (O, C, N) 2 : Sn) with an equivalent non-input molar amount of rutile TiO 2 (Taika, Osaka, Japan), Similar to CE-1. Rutile TiO2 was used as received from the vendor without further purification or annealing.
Ex−13では、商用のWO3(Global Tungsten Powder、Sylvania、PA、USA)10gを、400℃で1時間アニールした。[Pt(NH3)4]Cl2(0.181mg Alfa Aesar、Ward Hill、MA、USA)]を15.0mLのRO水に溶解し、アニールされたWO3 2.0gと共に室温(RT)で2時間撹拌した。次いで孔径0.2ミクロンの膜濾紙に通して濾過し、RO水で洗浄し、120℃で一晩乾燥した。得られた材料を400℃でさらに1時間、空気中でアニールした。 In Ex-13, 10 g of commercial WO 3 (Global Tungsten Powder, Sylvania, PA, USA) was annealed at 400 ° C. for 1 hour. [Pt (NH 3 ) 4 ] Cl 2 (0.181 mg Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA)] was dissolved in 15.0 mL RO water and at room temperature (RT) with 2.0 g annealed WO 3. Stir for 2 hours. It was then filtered through a 0.2 micron membrane filter paper, washed with RO water and dried at 120 ° C. overnight. The resulting material was annealed in air at 400 ° C. for an additional hour.
実施例1(k).比較例9(Ex−13〜17、CE−6)
Ex−14からEx−17は、異なる量の[Pt(NH3)4]Cl2]および/またはIrCl3/IrO2をRO水15mLに溶解すること以外、上述のものに類似した手法で調製した。下記の表1を参照されたい:
Ex-14 to Ex-17 were prepared in a manner similar to that described above, except that different amounts of [Pt (NH 3 ) 4 ] Cl 2 ] and / or IrCl 3 / IrO 2 were dissolved in 15 mL of RO water. did. See Table 1 below:
CE−6は、CE−5が(Ti(O,C,N)2:Snに対して)同等の非投入型モル量のWO3(Global Tungsten Powder、PA、USA)であること以外、CE−1に類似している。WO3は、さらなる精製またはアニーリングなしで、販売業者から受け取ったままの状態で使用した。 CE-6 is CE except that CE-5 is WO 3 (Global Tungsten Powder, PA, USA) with an equivalent non-input molar amount (relative to Ti (O, C, N) 2 : Sn). Similar to -1. WO 3 was used as received from the vendor without further purification or annealing.
実施例1(l).n型半導体の合成(Ex−18)
MgTi2O5の合成:Mg(NO3)2・6H2O(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)2.663g、硝酸アンモニウム(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)5g、尿素(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)1.5g、およびビス(乳酸アンモニウム)水酸化チタン(IV)(乳酸チタン、[Tyzor LA])(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)10mLを、250mLの低形式Pyrex(登録商標)ビーカー内で、DI水約10mLに溶解した。次いで得られた混合物を、周囲雰囲気(室内雰囲気)および圧力条件下、予熱したマッフル炉内で、350℃で20分間加熱した。得られた粉末を予熱したマッフル炉内に配置し、次いで周囲条件下、600℃で約30分間アニールした。
CuxOが投入されたMgTi2O5:CuxOは、この調製ではHCl調製ステップを使用しないこと以外、実施例1(b)に記述したものに類似した手法でMgTi2O5に投入した。使用したNaOH調製ステップは、実施例1(b)で記述したものに類似していた。MgTi2O5に対する銅の重量分率は、0.01であった。CuCl2・2H2O(26.8mg)の水溶液10mLを、MgTi2O5 1gと共に約90℃で約1時間撹拌した。次いでNaOH(25mg)およびグルコース(125mg)を含有する水溶液1.5mLを、撹拌しながら約90℃で反応混合物に添加した。グルコースおよびNaOHの水溶液を添加した後、混合物をさらに約1時間撹拌し、次いで室温まで冷却し、その後、0.05ミクロンの膜に通して濾過し、100から150mLのDI水で洗浄し、最後に空気炉内で約2時間、110℃で乾燥した。
実施例1(m).(Ex−20(CuxOが投入された複数相のTiO2))
複数相のn型半導体を、実施例1(b)の場合に類似した手法でCuxOに投入した。複数相のn型半導体(アナターゼ相のTiO2 87%/ルチル相のTiO2 13%、商標名「P25」で販売されている[EvoniK Degussa、NJ、USA])に対する銅の重量分率は、0.01であった。CuCl2・2H2O(26.8mg)の水溶液15mLを、P25 1gと共に、約90℃で1時間撹拌した。次いでNaOH(25mg)およびグルコース(125mg)を含有する水溶液1.5mLを、撹拌しながら約90℃で反応混合物に添加した。グルコースおよびNaOHの水溶液を添加した後、混合物をさらに約1時間撹拌し、次いで室温まで冷却し、その後、0.05ミクロンの膜に通して濾過し、100から150mLのDI水で洗浄し、最後に空気炉内で約2時間、110℃で乾燥した。
Example 1 (l). Synthesis of n-type semiconductor (Ex-18)
Synthesis of MgTi2O5: Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 2.663 g, ammonium nitrate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 5 g, urea (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 1.5 g, and 10 mL of bis (ammonium lactate) titanium hydroxide (IV) (titanium lactate, [Tyzor LA]) (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) Dissolved in about 10 mL of DI water in a low format Pyrex® beaker. The resulting mixture was then heated at 350 ° C. for 20 minutes in a preheated muffle furnace under ambient (room) atmosphere and pressure conditions. The resulting powder was placed in a preheated muffle furnace and then annealed at 600 ° C. for about 30 minutes under ambient conditions.
Cu x O MgTi is turned 2 O 5: Cu x O, except not using the HCl preparation step in this preparation, poured into MgTi 2 O 5 in a manner similar to that described in Example 1 (b) did. The NaOH preparation step used was similar to that described in Example 1 (b). The weight fraction of copper with respect to MgTi 2 O 5 was 0.01. 10 mL of an aqueous solution of CuCl 2 .2H 2 O (26.8 mg) was stirred at about 90 ° C. for about 1 hour with 1 g of MgTi 2 O 5 . Then 1.5 mL of an aqueous solution containing NaOH (25 mg) and glucose (125 mg) was added to the reaction mixture at about 90 ° C. with stirring. After addition of an aqueous solution of glucose and NaOH, the mixture was stirred for about an additional hour, then cooled to room temperature, then filtered through a 0.05 micron membrane, washed with 100 to 150 mL DI water, and finally And dried in an air oven at 110 ° C. for about 2 hours.
Example 1 (m). (Ex-20 (multi-phase TiO 2 with Cu x O added))
A multi-phase n-type semiconductor was put into CuxO by a method similar to that in Example 1 (b). N-type semiconductor of a plurality of phases (TiO2 87% of anatase phase / TiO 2 13% of the rutile phase, trade name "P25" [EvoniK Degussa, NJ, USA] for sale) weight fraction of copper to the 0 .01. 15 mL of an aqueous solution of CuCl 2 .2H 2 O (26.8 mg) was stirred at about 90 ° C. for 1 hour with 1 g of P25. Then 1.5 mL of an aqueous solution containing NaOH (25 mg) and glucose (125 mg) was added to the reaction mixture at about 90 ° C. with stirring. After addition of an aqueous solution of glucose and NaOH, the mixture was stirred for about an additional hour, then cooled to room temperature, then filtered through a 0.05 micron membrane, washed with 100 to 150 mL DI water, and finally And dried in an air oven at 110 ° C. for about 2 hours.
実施例1(n)(CE−7)
比較例CE−7は、0.25重量%CuO+0.125重量%Cu2Oを、0.625重量%のP25をメタノール(5〜10mL)に加えたものと、このメタノールが実質的に全て蒸発するまで手により物理的に混合すること以外、実施例1(m)に類似した手法で調製した。
Example 1 (n) (CE-7)
Comparative Example CE-7 was prepared by adding 0.25 wt% CuO + 0.125 wt% Cu 2 O, 0.625 wt% P25 to methanol (5-10 mL), and until this methanol was substantially all evaporated. It was prepared in a manner similar to Example 1 (m) except that it was physically mixed by hand.
実施例1(o).(Ex−19(AgVWO6))
シュウ酸バナジル(Stratcor,Inc、Arkansas、USA)4.12g、グリシン(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)0.3g、硝酸アンモニウム(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)0.62g、およびメタタングステン酸アンモニウム(Global Tungsten & Powder、PA、USA)1.484gを、逆浸透(RO)精製水約5mLに溶解した。この溶液に、硝酸銀(Alfa Aesar、USA)1gを添加すると、250mLの低形式ビーカー内に褐色スラリーが得られ、次いで得られた混合物を、次いで周囲雰囲気(室内雰囲気)および圧力条件下、予熱したマッフル炉内で、約350℃で約20分間加熱した。得られた粉末を、予熱したマッフル炉内に配置し、次いで周囲条件下で約60分間、約500℃でアニールし、その結果、黄色粉末(Ex−19)が得られた。
Example 1 (o). (Ex-19 (AgVWO 6) )
Vanadyl oxalate (Stratacor, Inc, Arkansas, USA) 4.12 g, Glycine (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 0.3 g, Ammonium nitrate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 0.62 g, And 1.484 g of ammonium metatungstate (Global Tungsten & Powder, PA, USA) were dissolved in about 5 mL of reverse osmosis (RO) purified water. To this solution, 1 g of silver nitrate (Alfa Aesar, USA) was added to give a brown slurry in a 250 mL low format beaker and then the resulting mixture was then preheated under ambient (room) atmosphere and pressure conditions. Heated at about 350 ° C. for about 20 minutes in a muffle furnace. The resulting powder was placed in a preheated muffle furnace and then annealed at about 500 ° C. for about 60 minutes under ambient conditions, resulting in a yellow powder (Ex-19).
実施例1(p).(Ex−20(AgCa2Zn2V3O12))
シュウ酸バナジル(Stratcor,Inc、Arkansas、USA)6.19g、グリシン(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)1.11g、硝酸亜鉛六水和物(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)1.75g、硝酸カルシウム四水和物(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)1.39g、硝酸アンモニウム(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)2.49gを、逆浸透(RO)精製水約10mLに溶解した。この溶液に、硝酸銀(Alfa Aesar、USA)0.5105gを添加すると、250mLの低形式ガラス・ビーカー内に褐色スラリーが得られ、次いで得られた混合物を、次いで周囲雰囲気(室内雰囲気)および圧力条件下、予熱したマッフル炉内で、約350℃で約20分間加熱した。得られた粉末を、予熱したマッフル炉内に配置し、次いで周囲条件下で約60分間、約600℃でアニールし、その結果、黄色粉末(Ex−20)が得られた。
Example 1 (p). (Ex-20 (AgCa 2 Zn 2 V 3 O 12))
Vanadyl oxalate (Stratacor, Inc, Arkansas, USA) 6.19 g, Glycine (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 1.11 g, Zinc nitrate hexahydrate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) ) 1.75 g, calcium nitrate tetrahydrate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 1.39 g, ammonium nitrate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 2.49 g, reverse osmosis (RO) Dissolved in about 10 mL of purified water. To this solution, 0.5105 g of silver nitrate (Alfa Aesar, USA) was added to give a brown slurry in a 250 mL low format glass beaker, then the resulting mixture was then mixed with ambient (room) atmosphere and pressure conditions. Then, it was heated at about 350 ° C. for about 20 minutes in a preheated muffle furnace. The resulting powder was placed in a preheated muffle furnace and then annealed at about 600 ° C. for about 60 minutes under ambient conditions, resulting in a yellow powder (Ex-20).
実施例1(q).(Ex−21(Ag3PO4))
硝酸銀(Alfa Aesar、USA)5gを、50mLのガラス・ビーカー内で、逆浸透(RO)精製水10mLに溶解した。別の50mLのガラス・ビーカー内で、リン酸二水素アンモニウム(Sigma Aldrich、St.Louis、MO、USA)1.128gを逆浸透(RO)精製水10mLに溶解した。リン酸二水素アンモニウムの水溶液に、このリン酸二水素アンモニウム溶液を撹拌しながら硝酸銀の水溶液を1滴ずつ添加した。室温でのこの添加中に形成された黄色沈殿物を、最後に濾過し、110℃で2時間、空気炉内で乾燥した。
Example 1 (q). (Ex-21 (Ag 3 PO 4 ))
5 g of silver nitrate (Alfa Aesar, USA) was dissolved in 10 mL of reverse osmosis (RO) purified water in a 50 mL glass beaker. In a separate 50 mL glass beaker, 1.128 g ammonium dihydrogen phosphate (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) was dissolved in 10 mL reverse osmosis (RO) purified water. An aqueous silver nitrate solution was added dropwise to an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate while stirring the ammonium dihydrogen phosphate solution. The yellow precipitate formed during this addition at room temperature was finally filtered and dried in an air oven at 110 ° C. for 2 hours.
実施例2:担持P触媒の特徴付け
実施例2(a):粉末XRD特徴付け(Ex−1A、CE−1、Ex−4、CE−2、Ex−7、およびCE−3)
Ex−1A、CE−1、Ex−4、CE−2、Ex−7、およびCE−3の粉末サンプルを、Cu K−α放射線を使用する粉末x線回折(Rigaku Miniflex II[Rigaku Americas、Woodland、TX、USA)を使用して、1°/分で分析した。Ex−1およびCE−1のX線回折分析の結果を図3に示し、アナターゼTiO2の存在を確認する。XRDパターン(図3)から、Ti(O,C,N)2:Snのアナターゼ相は、CuxOの投入後であっても保持されることが確認されたが、その理由は、得られたXRDスペクトル写真と、国際回折データセンター(Newton Square、PA、USA)による粉末回折標準のための合同委員会、カード番号00−021−1272[アナターゼ−TiO2](JCPDS)との比較が、アナターゼ相のスペクトル写真と実質的に同じピークを示すからである(材料の相は、一般に可視光に対して光触媒作用により活性である)。
Example 2: Characterization of supported P catalyst Example 2 (a): Powder XRD characterization (Ex-1A, CE-1, Ex-4, CE-2, Ex-7, and CE-3)
Ex-1A, CE-1, Ex-4, CE-2, Ex-7, and CE-3 powder samples were analyzed by powder x-ray diffraction (Rigaku Miniflex II [Rigaku Americas, Woodland) using Cu K-α radiation. , TX, USA) at 1 ° / min. The results of X-ray diffraction analysis of Ex-1 and CE-1 are shown in FIG. 3, confirming the presence of anatase TiO 2 . From the XRD pattern (FIG. 3), it was confirmed that the anatase phase of Ti (O, C, N) 2: Sn was retained even after the introduction of Cu x O. The reason was obtained. Comparison of XRD spectrographs with the Joint Committee for Powder Diffraction Standards by International Diffraction Data Center (Newton Square, PA, USA), card number 00-021-1272 [anatase-TiO2] (JCPDS) This is because it shows substantially the same peak as the phase spectrogram (the phase of the material is generally active by photocatalysis for visible light).
さらに、Ex−4およびEx−7の粉末サンプルは、Ex−1Aの代わりに等モル量のEx−4およびEx7を使用すること以外、上記Ex−1Aの場合に類似した手法で分析した。結果を図4および5に示すが、それぞれ、Cu K−α放射線を使用する粉末x線回折(Rigaku Miniflex II[Rigaku Americas、Woodland、TX、USA)を、1°/分で使用している。図4および5に示されるX線回折の結果は、CuxOの投入が、それぞれのn型材料のバルク半導体相に実質的に影響を及ぼさなかったことを確認する。 Furthermore, Ex-4 and Ex-7 powder samples were analyzed in a manner similar to Ex-1A above, except that equimolar amounts of Ex-4 and Ex7 were used instead of Ex-1A. The results are shown in FIGS. 4 and 5, each using powder x-ray diffraction (Rigaku Miniflex II [Rigaku Americas, Woodland, TX, USA) using Cu K-α radiation at 1 ° / min. The X-ray diffraction results shown in FIGS. 4 and 5 confirm that the Cu x O input has not substantially affected the bulk semiconductor phase of the respective n-type material.
実施例2(b):DRS特徴付け
Ex−1A、CE−1(図6);Ex−4、およびCE−2(図7)、Ex−7、およびCE−3(FIG.8)の粉末サンプルを、拡散反射分光法(DRS)を使用して分析した。結果を図6、7、および8に示すが、少なくともスズ・ドーピング(Ex−1)、CeO2(Ex−4)、およびAl2O3(Ex−7)は可視スペクトル(400nmから800nm)での吸収を改善するように見え、それに対してCE−1、CE−2、およびCE−3は改善するようには見えなかったことが示されている。したがって、XRDパターンおよび可視吸収で観察されたアナターゼTiO2は、アナターゼ相に起因して、基板へのTi(O,C,N)2:Sn、CeO2、およびAl2O3の投入が確認された。投入されたCuxOは、半導体の吸収端のより長い波長側で吸収を有しており、投入されたCuxOがCuOとCu2Oとの混合物を有していた場合には、投入されたCuxOの吸収に加え、それらの600から800nmの間および500nmから600nmの間の特性吸収がそれぞれ観察される。
Example 2 (b): DRS characterization Ex-1A, CE-1 (FIG. 6); Ex-4, and CE-2 (FIG. 7), Ex-7, and CE-3 (FIG. 8) powders Samples were analyzed using diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The results are shown in FIGS. 6, 7, and 8, at least tin doping (Ex-1), CeO 2 (Ex-4), and Al 2 O 3 (Ex-7) in the visible spectrum (400 nm to 800 nm). It has been shown that CE-1, CE-2, and CE-3 did not appear to improve, whereas it appeared to improve the absorption of. Therefore, the anatase TiO2 observed in the XRD pattern and visible absorption confirms that Ti (O, C, N) 2 : Sn, CeO 2 , and Al 2 O 3 are input to the substrate due to the anatase phase. It was. The input Cu x O has absorption on the longer wavelength side of the absorption edge of the semiconductor, and when the input Cu x O has a mixture of CuO and Cu 2 O, the input In addition to the absorbed Cu x O, their characteristic absorptions between 600 and 800 nm and between 500 and 600 nm are observed, respectively.
実施例3.光触媒用の実験準備(Ex−1AおよびCE−1)
本開示の前半で記述された方法により調製されたEx−1A(130mg)を、10重量%の固体材料を水に加えたコーティング溶液を作製するために、1.04mlのDI水に添加した。得られた分散液を、超音波ホモジナイザーを使用して均質化した。ガラス基板(50mm×75mm)を、スピン塗布機(1200rpm/40秒)を使用することにより調製して得られたものでコーティングした。コーティングされた基板を120℃で2分間加熱した。別のスライドを、CE−1(130mg)をEx−1Aの代わりに使用すること以外、同じ手法で作製した。
Example 3 Experimental preparation for photocatalysts (Ex-1A and CE-1)
Ex-1A (130 mg) prepared by the method described earlier in this disclosure was added to 1.04 ml of DI water to make a coating solution with 10 wt% solid material added to water. The resulting dispersion was homogenized using an ultrasonic homogenizer. A glass substrate (50 mm × 75 mm) was coated with what was prepared by using a spin coater (1200 rpm / 40 seconds). The coated substrate was heated at 120 ° C. for 2 minutes. Another slide was made in the same manner except that CE-1 (130 mg) was used instead of Ex-1A.
スピン・コートされたスライド・ガラスを、Xe(キセノン)ランプ(ランプ電力出力300W)により1時間にわたる全スペクトル照射の下、ホット・プレート上で120℃で加熱した。次いで各スライドを、真空中で別の5LのTedlarバッグ内に密封し、その後、周囲空気3Lと3500ppmのアセトアルデヒド80mLとを注入した。各バッグを、手で2分間軽く揉み、次いで暗所に15分間置いた。アセトアルデヒド濃度は、ガス・クロマトグラフィー−水素炎イオン化検出器(GC−FID)により80±2ppmと評価された。サンプルが入っている各Tedlarバッグを、元の暗所に1時間置いた。スライド/Tedlarバッグを、光強度が270mW/cm2である455nmのアレイ青色LEDに曝露した。サンプルを、GC−FIDの自動注入ポートにより30分ごとに収集し、残りのアセトアルデヒドの量を、後続の30分間隔で評価した。図9は、Ex−1AのVOC性能データを示すグラフである。グラフは、一般にTi(CNO)2:SnをCuxO(Ex−1A)と組み合わせた場合、剥き出しのTi(CNO)2:Sn(CE−1)と比較したときに性能が改善されることを示す。 The spin-coated slide glass was heated at 120 ° C. on a hot plate under full spectrum irradiation for 1 hour with a Xe (xenon) lamp (lamp power output 300 W). Each slide was then sealed in a separate 5 L Tedlar bag under vacuum, after which 3 L of ambient air and 80 mL of 3500 ppm acetaldehyde were injected. Each bag was lightly rubbed by hand for 2 minutes and then placed in the dark for 15 minutes. The acetaldehyde concentration was estimated to be 80 ± 2 ppm by gas chromatography-hydrogen ionization detector (GC-FID). Each Tedlar bag containing the sample was placed in the original dark for 1 hour. The slide / Tedlar bag was exposed to a 455 nm array blue LED with a light intensity of 270 mW / cm 2 . Samples were collected every 30 minutes by GC-FID autoinjection port and the amount of remaining acetaldehyde was evaluated at subsequent 30 minute intervals. FIG. 9 is a graph showing VOC performance data of Ex-1A. The graph generally shows that when Ti (CNO) 2 : Sn is combined with Cu x O (Ex-1A), performance is improved when compared to bare Ti (CNO) 2 : Sn (CE-1). Indicates.
実施例4.抗菌実験。
実施例4A.
基板(1”×2”スライド・ガラス)を、70%IPA(イソプロピルアルコール)および100%エタノール(EtOH)を順次塗布し、次いで空気中で乾燥することによって作製した。Ex−1Bを、2mg/mLの濃度で100%EtOH中に分散させ、次いで懸濁液100uLを基板に塗布し、次いで乾燥した。塗布プロセスを5回繰り返して、Ex−1B 1mgを基板上に得た。次いで基板を室温で乾燥した。コーティングされた基板を、水分を維持するために水に浸漬した濾紙と共にガラス皿に置き、ガラス・スペーサーを基板と濾紙との間に挿入して、それらを分離した。
Example 4 Antibacterial experiment.
Example 4A.
A substrate (1 ″ × 2 ″ slide glass) was made by sequentially applying 70% IPA (isopropyl alcohol) and 100% ethanol (EtOH) and then drying in air. Ex-1B was dispersed in 100% EtOH at a concentration of 2 mg / mL, then 100 uL of the suspension was applied to the substrate and then dried. The coating process was repeated 5 times to obtain 1 mg of Ex-1B on the substrate. The substrate was then dried at room temperature. The coated substrate was placed in a glass dish with filter paper soaked in water to maintain moisture, and a glass spacer was inserted between the substrate and the filter paper to separate them.
E.coli(ATCC 8739)で、LB(溶原性ブロス/ルリア・ブロス)寒天20mLが入っている直径10cmのペトリ皿上に筋を付け、37℃で一晩インキュベートした。各実験に、単一コロニーを取り上げて栄養素ブロス3mLを接種し、接種した培養物を37℃で16時間インキュベートして、一晩培養物(約109細胞/mL)を生成した。一晩培養物の新鮮な対数増殖期培養物は、一晩培養物を×100に希釈し、LB寒天が入っている別の5cmのペトリ皿に接種し、37℃で2.5時間インキュベートすることによって得た。新鮮な培養物を0.85%生理食塩液で50×に希釈し、それが2×106細胞/mLの細胞懸濁液を与えた。細胞懸濁液50μLを、それぞれ堆積されたガラス基板上にピペット分取した。滅菌(70%、次いで100%のEtOH中)プラスチック・フィルム(20mm×40mm)を懸濁液上に配置して、フィルムの下で均等に拡げた。標本を暗所に保持し(CuxO2−暗)、または次いで青色LED光(455nm、10mW/cm2)で照射した(CuO2−明)。選択された時点、例えば30分/60分ごとに増える時点で、標本を0.85%生理食塩液10mL中に置き、渦動させて、細菌を洗い落とした。洗い落とした懸濁液を保持し、次いで0.85%生理食塩液を使用して連続希釈し、次いでLB寒天上に蒔き、37℃で一晩インキュベートして、生存細胞の数をCFU/標本として決定した。 E. E. coli (ATCC 8739) was streaked onto a 10 cm diameter Petri dish containing 20 mL of LB (lysogenic broth / Luria broth) agar and incubated overnight at 37 ° C. For each experiment, a single colony was picked and inoculated with 3 mL of nutrient broth and the inoculated culture was incubated at 37 ° C. for 16 hours to produce an overnight culture (approximately 109 cells / mL). For fresh logarithmic growth phase culture of overnight culture, dilute the overnight culture to x100, inoculate into another 5 cm Petri dish containing LB agar and incubate at 37 ° C. for 2.5 hours. Was obtained by The fresh culture was diluted 50 × with 0.85% saline, which gave a cell suspension of 2 × 10 6 cells / mL. 50 μL of the cell suspension was pipetted onto each deposited glass substrate. A sterile (70% then 100% EtOH) plastic film (20 mm x 40 mm) was placed on the suspension and spread evenly under the film. Was irradiated with - (dark Cu x O 2), or followed by a blue LED light (455 nm, 10 mW / cm @ 2) holding the specimen in the dark (CuO 2 - bright). At selected time points, eg, every 30/60 minutes, the specimens were placed in 10 mL of 0.85% saline and swirled to wash away the bacteria. The washed-out suspension is retained and then serially diluted using 0.85% saline, then plated on LB agar and incubated overnight at 37 ° C. to determine the number of viable cells as CFU / specimen Were determined.
結果を図10および11に示す。フレキシブル銅イオンの存在によるE.coli死滅特性は、暗所でも30分以内に観察されたようである(図10および11参照)。 The results are shown in FIGS. Due to the presence of flexible copper ions. E. coli killing properties appear to have been observed within 30 minutes even in the dark (see FIGS. 10 and 11).
図10は、E.coliの完全な死滅が、暗所での1時間でならびに10mW/cm2の455nmの光の青色LEDの下で観察される、CeO2に投入された後のCu1+の特性も示す。したがって、CuxOが投入されたCeO2は、E.coli死滅に良好な機能性材料である。
FIG. Also shown is the characteristics of Cu 1+ after being injected into CeO 2 , where complete killing of E. coli is observed in the dark for 1 hour as well as under a blue LED of 10 mW /
実施例4B
Ex−1粉末を、実施例1に記述したように調製した。次いで粉末を、相対湿度85%および85℃で、7日の期間、暗所で保持した。次いで実施例4Aで記述したものと同じ手法で、スライドを作製し抗菌活性に関して試験をした。結果を図12Aに示す。結果は、相対湿度85%および85℃に7日の期間、曝露した後であっても、Ex−1は保持された光触媒活性を実証したことを示す。
Example 4B
Ex-1 powder was prepared as described in Example 1. The powder was then kept in the dark at 85% relative humidity and 85 ° C. for a period of 7 days. Slides were then prepared and tested for antimicrobial activity in the same manner as described in Example 4A. The results are shown in FIG. 12A. The results show that Ex-1 demonstrated retained photocatalytic activity even after exposure to 85% relative humidity and 85 ° C. for a period of 7 days.
実施例4C
Ex−7の粉末は、上述のように調製した。次いで粉末を、暗所で、300℃で20分間保持した。次いで実施例4Aで記述したものと同じ手法で、スライドを作製し抗菌活性に関して試験をした。結果を図12Bに示す。結果は、300℃で20分間曝露した後であっても、Ex−7は光触媒活性を保持したことを示す。
Example 4C
Ex-7 powder was prepared as described above. The powder was then held at 300 ° C. for 20 minutes in the dark. Slides were then prepared and tested for antimicrobial activity in the same manner as described in Example 4A. The result is shown in FIG. 12B. The results show that Ex-7 retained photocatalytic activity even after exposure at 300 ° C. for 20 minutes.
実施例5.色素変色研究に関する光触媒実験
実施例5A.
CuxOが投入された、および投入されていない、Ex−1、CE−1、およびルチルTiO2に関する光触媒特性を、天然青色粉末の天然青色粉末2.85gがRO水100mLに溶解して青色粉末原液を生成するときに、食品添加物色素(Natural Blue Colored powder、Color Maker、Anaheim、California、USA)の分解を測定することによって比較した。各サンプル150mgを、青色粉末原液の天然青色3mLが入っているRO水(27mL)中に、いかなる光もなしに1時間入れ、次いで青色発光ダイオード(455nm、45mW/cm2)に5時間曝露した。得られた青色溶液の分解を、UV−Vis吸収分光法(Cary−50、Spectrophotometer Agilent Technologies、Santa Clara、CA、USA)を使用してその濃度をモニターすることにより、1時間、3時間、および5時間で測定した。濃度を、600nmでのピーク強度として計算した。結果を図13に示す。以下の表2は、4種の光触媒材料の最終的な分解の結果を比較する。
Ex−18(CuxOが投入されたMgTi2O5)に関する光触媒特性は、天然青色粉末として食品添加物色素(Natural Blue Colored powder、Color Maker、Anaheim、California、USA)の分解を測定することによって検査した。分解は、実施例5Aに記述された手法で検査した。結果を図17に示す。
Example 5 FIG. Photocatalytic experiments for dye discoloration studies Example 5A.
The photocatalytic properties of Ex-1, CE-1, and rutile TiO2 with and without Cu x O were dissolved in 2.85 g of natural blue powder dissolved in 100 mL of RO water. Comparisons were made by measuring the degradation of food additive dyes (Natural Blue Colored powder, Color Maker, Anaheim, California, USA) when producing stock solutions. 150 mg of each sample was placed in RO water (27 mL) containing 3 mL of natural blue blue powder solution for 1 hour without any light and then exposed to a blue light emitting diode (455 nm, 45 mW / cm 2 ) for 5 hours. . The degradation of the resulting blue solution was monitored by UV-Vis absorption spectroscopy (Cary-50, Spectrophotometer Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) for 1 hour, 3 hours, and Measured at 5 hours. The concentration was calculated as the peak intensity at 600 nm. The results are shown in FIG. Table 2 below compares the final degradation results for the four photocatalytic materials.
The photocatalytic properties for Ex-18 (MgTi2O5 with Cu x O input) were examined by measuring the degradation of food additive dye (Natural Blue Colored powder, Color Maker, Anaheim, California, USA) as a natural blue powder. . Degradation was examined by the technique described in Example 5A. The results are shown in FIG.
抗菌研究に関する光触媒実験 実施例6A.
各粉末状サンプル(上述の実施例14〜18)130mgを最小量のRO水(約15mL)に溶解し、5分間均質化した。
Photocatalytic experiment for antibacterial studies Example 6A.
130 mg of each powdered sample (Examples 14-18 above) was dissolved in a minimum amount of RO water (about 15 mL) and homogenized for 5 minutes.
清浄なペトリ皿をエタノールで拭い、皿の内面をプラズマ・デバイスで1から2分間イオン化した。各化合物の均質サンプルを、処理済みのペトリ皿に注ぎ、次いでかき混ぜながら120℃で加熱して、サンプルが乾燥したときにその均一な分布が増大するようにした。サンプルが乾燥した後、ペトリ皿をUVランプ(300W)の下に1時間置いた。次いで各ペトリ皿を、真空中で別の5LのTedlarバッグに密封し、その後、周囲空気3Lおよび3500ppmのアセトアルデヒド80mLを注入した。各バッグを、手で2分間軽く揉み、次いで暗所に15分間置いた。アセトアルデヒド濃度は、ガス・クロマトグラフィー−水素炎イオン化検出器(GC−FID)により80±2ppmと評価された。サンプルが入っている各Tedlarバッグを、元の暗所に1時間置いた。スライド/Tedlarバッグを、光強度が0.656mW/cm2である455nmのアレイ青色LEDに曝露した。サンプルを、GC−FIDの自動注入ポートにより30分ごとに収集し、残りのアセトアルデヒドの量を、後続の30分間隔で評価した。結果を、以下の表3に示す。
図14は、WO3(商用GTP)(CE−6)、0.05mol%のPtが投入されたWO3(Ex−13)、0.1mol%のIrO2が投入されたWO3(Ex−16)、0.05mol%のPtおよび0.1mol%のIrO2が共に投入されたWO3(2回)(Ex−17)による、アセチルアルデヒドの分解速度(Ct/Co)を示す。455nm(0.656mW/cm2)の青色LEDの下、Ptの投入が良い効果を及ぼしかつIrO2のみが投入されたWO3はアセトアルデヒドの分解に効果がないという結果を観察することは、非常に興味深い。しかし、Pt(0.05mol%)およびIrO2(0.1mol%)が共にWO3に投入された場合、Pt(0.05mol%)のみまたはIrO2(0.1mol%)のみまたは剥き出しのGTP WO3のみの場合と比べたとき、同じ条件下でアセトアルデヒドの光分解のさらなる増強をもたらした。
FIG. 14 shows WO 3 (commercial GTP) (CE-6), WO 3 (Ex-13) charged with 0.05 mol% of Pt, and WO 3 (Ex−) charged with 0.1 mol% of IrO 2. 16) shows the decomposition rate (Ct / Co) of acetylaldehyde by WO 3 (twice) (Ex-17) in which 0.05 mol% of Pt and 0.1 mol% of
実施例5c
Ex−10(SnO2)、CE−4A、および食品添加物色素FD&C Blue No.2色素のみに関する光触媒特性を、食品添加物色素FD&C Blue No.2色素(合成青色粉末、Chromatech,Inc、Michigan、USA)の分解を測定することによって比較した。天然青色粉末のgを、RO水100mLに溶解し、青色粉末原液を生成した。各サンプル150mgを入れた。光触媒特性を、実施例5aで記述した手法で決定した。結果を図15に示す。
Example 5c
Ex-10 (SnO 2 ), CE-4A, and food additive dye FD & C Blue No. The photocatalytic properties relating to only two dyes were compared with the food additive dye FD & C Blue No. Comparison was made by measuring the degradation of the two dyes (synthetic blue powder, Chromatech, Inc, Michigan, USA). G of natural blue powder was dissolved in 100 mL of RO water to produce a blue powder stock solution. 150 mg of each sample was added. Photocatalytic properties were determined by the procedure described in Example 5a. The results are shown in FIG.
CuxOが投入されたEx−18(MgTiO5)およびEx−1(SnTi(OCN)2)に関する光触媒特性を、食品添加物色素FD&C Blue No.2色素(合成青色粉末、Chromatech,Inc、Michigan、USA)の分解を測定することによって比較した。天然青色粉末2.85gをRO水100mLに溶解し、青色粉末原液を生成した。各サンプル150mgを入れた。光触媒特性を、実施例5aで記述した手法で決定した。結果を図16に示す。 The photocatalytic properties for Ex-18 (MgTiO 5 ) and Ex-1 (SnTi (OCN) 2 ) loaded with Cu x O were compared with the food additive dye FD & C Blue No. Comparison was made by measuring the degradation of the two dyes (synthetic blue powder, Chromatech, Inc, Michigan, USA). 2.85 g of natural blue powder was dissolved in 100 mL of RO water to produce a blue powder stock solution. 150 mg of each sample was added. Photocatalytic properties were determined by the procedure described in Example 5a. The results are shown in FIG.
実施例6 E.coli(ATCC 8739)の光触媒不活性化
6A 方法:
基板(1”×2”スライド・ガラス)を、70%IPA(イソプロピルアルコール)および100%エタノール(EtOH)を連続塗布し、次いで空気中で乾燥することによって作製した。Ex−1Bを、2mg/mLの濃度で100%EtOH中に分散させ、次いで懸濁液約100uLを基板に塗布し、次いで乾燥した。塗布プロセスを5回繰り返して、Ex−1B約1mgを基板上に得た。次いで基板を室温で乾燥した。コーティングされた基板を、水分を維持するために水に浸漬した濾紙と共にガラス皿に置いた。ガラス・スペーサーを基板と濾紙との間に挿入して、基板を濾紙から分離した。
Example 6 E. coli (ATCC 8739) photocatalytic deactivation 6A Method:
A substrate (1 "x 2" slide glass) was made by successively applying 70% IPA (isopropyl alcohol) and 100% ethanol (EtOH) and then drying in air. Ex-1B was dispersed in 100% EtOH at a concentration of 2 mg / mL, then about 100 uL of the suspension was applied to the substrate and then dried. The coating process was repeated 5 times to obtain about 1 mg of Ex-1B on the substrate. The substrate was then dried at room temperature. The coated substrate was placed in a glass dish with filter paper soaked in water to maintain moisture. A glass spacer was inserted between the substrate and the filter paper to separate the substrate from the filter paper.
E.coli(ATCC 8739)で、LB寒天約25mlが入っている直径5cmのペトリ皿上に筋を付け、約37℃で一晩インキュベートした。各実験に、単一コロニーを取り上げて栄養素ブロス約3mLを接種し、接種した培養物を約37℃で約16時間インキュベートして、一晩培養物(約109細胞/mL)を生成した。一晩培養物の新鮮な対数増殖期培養物は、一晩培養物を×100に希釈し、LB寒天が入っている別の5cmのペトリ皿に接種し、次いで約37℃で約2.5時間インキュベートすることによって得た。新鮮な培養物を50×に希釈し、それが約2×106細胞/mLの細胞懸濁液を与えた。細胞懸濁液50uLを、各ガラス基板上にピペット分取した。滅菌(70%、次いで100%のEtOH中)プラスチック・フィルム(20mm×40mm)を懸濁液上に配置して、フィルムの下で懸濁液を均等に拡げた。選択された時点、例えば30分ごとに増える時点で、標本を0.85%生理食塩液10mL中に置き、3200rpmで約1分間渦動させて、細菌を洗い落とした。洗い落とした懸濁液を、0.85%生理食塩液を使用して連続希釈し、LB寒天上に蒔き、約37℃で一晩インキュベートして、生存細胞の数をCFU/標本として決定した。計数を目視検査により行い、結果に希釈係数を乗じて、決定された数に到達した。次いで標本に、455nmの青色発光LEDを照射しその下に位置決めして、標本に約45mw/cm2が提供されるようにした。結果を図19に示す。 E. E. coli (ATCC 8739) was streaked onto a 5 cm diameter petri dish containing about 25 ml of LB agar and incubated overnight at about 37 ° C. For each experiment, a single colony was picked and inoculated with about 3 mL of nutrient broth, and the inoculated culture was incubated at about 37 ° C. for about 16 hours to produce an overnight culture (about 10 9 cells / mL). A fresh logarithmic growth phase culture of the overnight culture is prepared by diluting the overnight culture to x100, inoculating into another 5 cm Petri dish containing LB agar and then at about 37 ° C. at about 2.5. Obtained by incubating for hours. The fresh culture was diluted 50 ×, which gave a cell suspension of approximately 2 × 10 6 cells / mL. 50 uL of cell suspension was pipetted onto each glass substrate. A sterile (70% then 100% EtOH) plastic film (20 mm x 40 mm) was placed over the suspension to spread the suspension evenly under the film. At selected time points, for example every 30 minutes, the specimens were placed in 10 mL of 0.85% saline and swirled at 3200 rpm for about 1 minute to wash off the bacteria. The washed-out suspension was serially diluted using 0.85% saline, plated on LB agar and incubated overnight at about 37 ° C. to determine the number of viable cells as CFU / specimen. Counts were made by visual inspection and the results were multiplied by a dilution factor to reach the determined number. The specimen was then irradiated with a 455 nm blue light emitting LED and positioned underneath to provide the specimen with about 45 mw / cm 2 . The results are shown in FIG.
CE−7およびEx−7Aの抗菌特性は、CE−7およびEx−7Aのモル当量がEx−1Bの代わりに使用されること以外、実施例6Aに記述されるように決定した。結果を図17(CE−7)および18(Ex−7A)に示す。 The antimicrobial properties of CE-7 and Ex-7A were determined as described in Example 6A, except that the molar equivalents of CE-7 and Ex-7A were used instead of Ex-1B. The results are shown in FIGS. 17 (CE-7) and 18 (Ex-7A).
Ex−1(1%CuxO/Sn:Ti(OCN)2が投入された)、CuxOのみ、および非投入型Sn:Ti(OCN)2(実施例1(a)に記述されたような)の抗菌特性を、実施例6Aで記述したように抗菌活性を測定することにより比較した。結果を図20に示す。 Ex-1 (with 1% Cu x O / Sn: Ti (OCN) 2 input), Cu x O alone, and non-input Sn: Ti (OCN) 2 (described in Example 1 (a)) Antimicrobial properties) were compared by measuring antimicrobial activity as described in Example 6A. The results are shown in FIG.
光触媒Iの機能
CuxO/P25(実施例1(m)で生成されたような)50mgを、1.6mLのEppendorf遠心分離管に入れた10%漂白剤(Clorox Germincidal、NaClO系)1mLと混合し、振盪させながら(アナログVWRボルテックス上で設定9)室温(約24℃)で2時間インキュベートした。インキュベーション後、管をEppendorf 5430マイクロ遠心分離(14167rcfで2分)で遠心分離し、その後、粒子は管の底部で固体ペレットを形成した。透明な上澄みを慎重に除去し、DI水1mLを添加した。管を、ペレットが完全に崩壊しかつ懸濁液が均質になるまで渦動させた。次いで再び遠心分離した。このプロセスをさらに4回繰り返した。
Function of
最終遠心分離後、ペレットをDI水1mL中に再懸濁し、蓋の付いた20mLの透明ガラス・バイアル内で、DI水4mLと混合した。メタノール5mLを添加し、バイアル内の全体積を約10mLにした。 After final centrifugation, the pellet was resuspended in 1 mL DI water and mixed with 4 mL DI water in a 20 mL clear glass vial with a lid. 5 mL of methanol was added to bring the total volume in the vial to approximately 10 mL.
磁気撹拌棒(1/2”×1/8”、使い捨て)をバイアルに加え、撹拌プレート(1000rpm)上に配置した。300Wのキセノン・ランプ(Oriel 68811)を、バイアルの壁から約15cm離して配置した。照射を排気フード内で1時間続け、このプロセス中、バイアル内には、無視できる温度変化があった。 A magnetic stir bar (1/2 "x 1/8", disposable) was added to the vial and placed on a stir plate (1000 rpm). A 300 W xenon lamp (Oriel 68811) was placed approximately 15 cm away from the vial wall. Irradiation continued for 1 hour in the exhaust hood and during this process there was a negligible temperature change in the vial.
照射後、バイアルの内容物を遠心分離して全ての液体を除去した。ペレットを真空乾燥し、200プルーフ・エチルアルコール25mL中に再懸濁した。次いで混合物を、超音波処理機で20分間超音波処理した。 After irradiation, the contents of the vial were centrifuged to remove all liquid. The pellet was vacuum dried and resuspended in 25 mL of 200 proof ethyl alcohol. The mixture was then sonicated with a sonicator for 20 minutes.
超音波処理した分散液100マイクロリットルを、1”×2”のスライド・ガラスの片面に均等に拡げた。表面が乾燥した後(排気フード内で)、プロセスを繰り返して、合計で5つのコーティングになるようにした。次いでコーティングしたスライドを、本発明者らの標準細菌試験で使用した。 100 microliters of the sonicated dispersion was spread evenly on one side of a 1 "x 2" slide glass. After the surface was dry (in the exhaust hood), the process was repeated for a total of 5 coatings. The coated slide was then used in our standard bacterial test.
対照の目的で、CuxO/Al2O3 50mgを上記と同じ手法で処理し、次いでこれを使用して、コーティングしたスライドを作製した。これらの対照スライドを、CuxO/P25と同じ手法で標準細菌試験に供した。暗所試験の結果をプロットした。 For control purposes, 50 mg of Cu x O / Al 2 O 3 was treated in the same manner as above and then used to make a coated slide. These control slides were subjected to standard bacterial testing in the same manner as Cu x O / P25. The dark test results were plotted.
図22(左図)に示されるように、新鮮なCuxO/P25(1)は高い活性を示し、E.coliを、暗所で、30分で3log単位低減させた。漂白処理された材料(2)は、活性のかなりの低減を示し、暗所での2時間後に僅か3logの低減を実現した。漂白処理の後、材料にキセノン・ランプを照射したが、得られたサンプル(3)は、未処理のサンプル(1)と同等の活性を示し、やはり30分で3logの低減を実現した。 As shown in FIG. 22 (left), fresh Cu x O / P25 (1) showed high activity and E. coli. E. coli was reduced by 3 log units in 30 minutes in the dark. Bleached material (2) showed a significant reduction in activity, achieving only a 3 log reduction after 2 hours in the dark. After the bleaching treatment, the material was irradiated with a xenon lamp, but the resulting sample (3) showed activity comparable to the untreated sample (1), again achieving a 3 log reduction in 30 minutes.
対照的に、そのような照射による機能の回復は、CuxO/Al2O3の場合には見られなかったが(図22、右図)、それは漂白処理され/照射されたサンプル(3)が漂白処理されただけのサンプル(2)の場合に類似するが新鮮なサンプル(1)の場合よりも著しく低い活性を示したからである。 In contrast, such functional recovery by irradiation was not seen in the case of Cu x O / Al 2 O 3 (FIG. 22, right), but it was bleached / irradiated sample (3 ) Was similar to that of the only bleached sample (2) but showed significantly less activity than the fresh sample (1).
光触媒IIの機能
漂白処理の持続時間が、酸化銅が投入された材料の活性にどのように影響を及ぼすかを調査するために、上記実験を、漂白処理持続時間を2および16時間に設定して実施した。実験の全てのその他の態様は、同じままであった。これらの処理済みサンプルからの対数減少の結果を、未処理の材料からの結果と一緒にプロットした。
Photocatalyst II function In order to investigate how the duration of the bleaching treatment affects the activity of the material charged with copper oxide, the above experiment was performed with the bleaching treatment duration set at 2 and 16 hours. Carried out. All other aspects of the experiment remained the same. The log reduction results from these treated samples were plotted along with the results from untreated material.
図23、左図では、CuxO/Al2O3の漂白処理が、暗所活性の著しい低下をもたらした。光の下での試験は、いかなる広範な程度にも活性を回復できなかった。対照的に、CuxO/P触媒(P25)(図23、右図)の場合には、暗所活性は同様に影響を受けたが、明るい場所での活性は回復した。この実験の重要な点は、漂白処理の16時間後であっても、明るい場所での回復プロセスが広く損なわれないままであったということであり、CuxO/P25の耐久性に対して強力な証拠を示した。 In FIG. 23 and the left figure, the bleaching treatment of Cu x O / Al 2 O 3 resulted in a significant decrease in dark place activity. Testing under light failed to restore activity to any broad extent. In contrast, in the case of the Cu x O / P catalyst (P25) (FIG. 23, right), the dark place activity was similarly affected, but the activity in the bright place was restored. The important point of this experiment is that even after 16 hours of bleaching treatment, the recovery process in bright places remained largely intact, with respect to the durability of Cu x O / P25. Showed strong evidence.
ホウ素がドープされたWO3の水性燃焼合成:
水性燃焼法を使用して、ε相を持つ、ホウ素がドープされたWO3を調製した。
Aqueous combustion synthesis of WO 3 doped with boron:
A boron doped WO 3 with ε phase was prepared using an aqueous combustion method.
メタタングステン酸アンモニウム水和物(Inframat Advanced Materials、Manchester、CT、USA)5gm、ホウ酸(Sigma−Aldrich、St.Louis MO、USA)100mg、カルボヒドラジド(Sigma−Aldrich)2g、および硝酸アンモニウム(Sigma−Aldrich)10gを、DI水50ml中に溶解した。次いで水溶液をマッフル炉内に入れ、燃焼が実質的に終了するまで(約20分間)約420℃に予熱した。燃焼が終了した後、生成物を約425℃の空気中で約30分間アニールした。粉末の本体色は橙黄色に見え、これは粉末XRDパターン(図1)と標準εWO3 x線回折(ICFF PDFカード番号01−087−2404)との比較により確認された。 Ammonium metatungstate hydrate (Inframat Advanced Materials, Manchester, CT, USA) 5 gm, boric acid (Sigma-Aldrich, St. Louis MO, USA) 100 mg, carbohydrazide (Sigma-Aldrich) Si, and ammonium nitrate (Sigma-Aldrich) Si Aldrich) 10 g was dissolved in 50 ml DI water. The aqueous solution was then placed in a muffle furnace and preheated to about 420 ° C. until combustion was substantially complete (about 20 minutes). After combustion was complete, the product was annealed in air at about 425 ° C. for about 30 minutes. The powder body color appeared orange-yellow, which was confirmed by comparison of the powder XRD pattern (FIG. 1) and standard εWO 3 x-ray diffraction (ICFF PDF card number 01-087-2404).
図1:粉末XRDパターン(右)。 Figure 1: Powder XRD pattern (right).
酸化コバルトを使用した強力かつ選択的な吸収方法によるεWO3の表面修飾:
εWO3 1gmおよびCoCl2・4H2O 40.37gをDI水約10mLに溶解し、約90℃で約2時間、40mLの閉鎖したバイアル反応器内で撹拌した。次いで閉鎖したバイアル反応器を水道水でクエンチ処理し、膜フィルター[0.05ミクロンに微細化した]に通して濾過し、DI水で数回洗浄し(少なくとも約250ml)、最後に約110℃で約2時間乾燥して、酸化コバルトが投入されたεWO3を得た。
Surface modification of εWO3 by a powerful and selective absorption method using cobalt oxide:
1 gm of εWO 3 and 40.37 g of CoCl 2 .4H 2 O were dissolved in about 10 mL of DI water and stirred in a 40 mL closed vial reactor at about 90 ° C. for about 2 hours. The closed vial reactor is then quenched with tap water, filtered through a membrane filter [miniaturized to 0.05 microns], washed several times with DI water (at least about 250 ml), and finally about 110 ° C. And dried for about 2 hours to obtain εWO 3 charged with cobalt oxide.
他に指示しない限り、本明細書および請求の範囲で使用される成分の量を表す全ての数値、分子量などの特性、および反応条件などは、「約」という用語によって全ての場合に修飾されることを理解されたい。したがって、反対の内容を示さない限り、本明細書および添付される請求の範囲に示される数値パラメーターは、得ることが求められる所望の特性に応じて変えてもよい近似値である。最低でも、かつ請求の範囲の均等物の教義の適用を限定しようとするものではないが、各数値パラメーターは、報告された有効数字の数値に照らしてかつ通常の丸め技法を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。 Unless otherwise indicated, all numerical values representing the amounts of ingredients used in the specification and claims, properties such as molecular weight, reaction conditions, etc. are modified in all cases by the term “about”. Please understand that. Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in this specification and the appended claims are approximations that may vary depending upon the desired properties sought to be obtained. At the very least, and not intended to limit the application of the doctrine of equivalents of the claims, each numeric parameter is compared to the reported significant figures and by applying normal rounding techniques, At least it should be interpreted.
本発明を記述する文脈で(特に、下記の請求の範囲の文脈において)使用される用語「a」、「an」、「the」、および類似の指示対象は、本明細書で他に指示されない限りまたは文脈によって明らかに否定されない限り、単数形および複数形の両方を包含すると解釈されたい。本明細書に記述される全ての方法は、本明細書で他に指示されない限りまたは文脈によって明らかに否定されない限り、任意の適切な順序で行うことができる。本明細書で提供される任意のおよび全ての例または例示的な言語(例えば、「など」)の使用は、単に本発明をより良く明らかにするものであり、任意の請求の範囲制限を課すものではない。本明細書の言語には、本発明の実施に不可欠な、請求の範囲に記載されていない任意の要素を示すと解釈すべきものはない。 The terms “a”, “an”, “the”, and similar designations used in the context of describing the present invention (particularly in the context of the following claims) are not specifically indicated herein. It should be construed to include both the singular and plural unless specifically stated otherwise by context or context. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. The use of any and all examples or exemplary languages (eg, “etc.”) provided herein are merely illustrative of the present invention and impose any claim limitations. It is not a thing. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element essential to the practice of the invention.
本明細書に開示される代替の要素または実施形態のグループ分けは、限定と解釈すべきものではない。各グループのメンバーは、言及されてもよく、個々にまたはグループのその他のメンバーもしくは本明細書に見出されるその他の要素との任意の組合せで請求の範囲に記載されてもよい。グループの1つまたは複数のメンバーは、都合上および/または特許性の理由でグループに含まれてもよくまたはグループから削除されてもよいことが予想される。任意のそのような包含または削除が行われた場合、本明細書は、修正されたグループを含有すると見なし、したがって添付される請求の範囲で使用される全てのMarkushグループの書面による記述を満たす。 Groupings of alternative elements or embodiments disclosed herein are not to be construed as limitations. Each group member may be mentioned and may be recited in the claims individually or in any combination with other members of the group or other elements found herein. It is anticipated that one or more members of the group may be included or removed from the group for convenience and / or for patentability reasons. If any such inclusions or deletions are made, this specification shall be deemed to contain the modified group and thus satisfy the written description of all Markush groups used in the appended claims.
本発明を実施するために本発明者らに公知の最良の形態を含めたある特定の実施形態が、本明細書に記述される。当然ながら、これらの記述された実施形態に対する変形例は、先の記述を読むことによって当業者に明らかにされよう。本発明者らは、当業者がそのような変形例を適宜用いることを期待し、本発明者らは、本明細書に具体的に記述されたもの以外の手法で本発明が実施されることを意図する。したがって、請求の範囲は、適用可能な法律によって認められる請求の範囲に列挙された主題の全ての修正例および均等物を含む。さらに、上述の要素の全ての可能性ある変形例における任意の組合せが、本明細書に他に指示しない限りまたは文脈によって明らかに否定されない限り、企図される。 Certain specific embodiments are described herein, including the best mode known to the inventors for carrying out the invention. Of course, variations on these described embodiments will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the foregoing description. The present inventors expect that those skilled in the art will appropriately use such modifications, and the present inventors will implement the present invention by means other than those specifically described in this specification. Intended. Accordingly, the claims include all modifications and equivalents of the subject matter recited in the claims as permitted by applicable law. Moreover, any combination of all possible variations of the above-described elements is contemplated unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context.
最後に、本明細書に開示された実施形態は、請求の範囲の原理の例示であることを理解されたい。用いてもよいその他の修正例は、請求の範囲内にある。したがって、例として、限定するものではないが、代替の実施形態を本明細書の教示に従い利用してもよい。このように、請求の範囲は図示され記述されるように厳密に実施形態に限定されるものではない。 Finally, it is to be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative of the claimed principles. Other modifications that may be used are within the scope of the claims. Thus, by way of example and not limitation, alternative embodiments may be utilized in accordance with the teachings herein. Thus, the claims are not strictly limited to the embodiments as illustrated and described.
10 伝導帯
20 価電子帯
25 重なり
10
Claims (32)
該p型価電子帯よりも深いn型価電子帯を有するn型半導体であって、該p型半導体に対してイオン電荷により連通しているn型半導体と
を含む、不均質材料。 A p-type semiconductor comprising a first metal oxide compound and a second metal oxide compound, wherein the first metal oxide compound and the second metal oxide compound have different oxidation states of the same metal. A p-type semiconductor having a p-type valence band;
An inhomogeneous material comprising an n-type semiconductor having an n-type valence band deeper than the p-type valence band and communicating with the p-type semiconductor by ionic charges.
(式中、
Mは、Sn、Ni、Sr、Ba、Fe、Bi、V、Mo、W、Zn、Cu、またはこれらの組合せであり、
rは0から0.25であり、
sは0.001から0.1であり、
tは0.001から0.1である)
を含む酸化チタンである、請求項1に記載の不均質材料。 The n-type semiconductor, wherein (Ti 1-r M r) compounds represented by (O 2-s-t C s N t) ( in the formula,
M is Sn, Ni, Sr, Ba, Fe, Bi, V, Mo, W, Zn, Cu, or combinations thereof;
r is from 0 to 0.25;
s is 0.001 to 0.1,
t is 0.001 to 0.1)
The heterogeneous material according to claim 1, wherein the heterogeneous material is titanium oxide.
を含む、請求項24に記載の不均質材料。 (Ti 0.99 Sn 0.01) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.97 Sn 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0. 95 Sn 0.05) (O 2- s-t C s N t), (Ti 0.90 Sn 0.10) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.85 Sn 0. 15) (O 2-s- t C s N t), (Ti 0.985 Ni 0.015) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.98 Ni 0.02) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.97 Ni 0.03) (O 2-s-t CsNt), (Ti 0.99 Sr 0.01) (O 2-s-t CsNt) , (Ti 0.97 Sr 0.03) ( O 2-s-t CsNt), (Ti 0.95 Sr 0.05) (O 2-s-t C s N t), ( i 0.97 Ba 0.03) (O 2 -s-t C s N t), (Ti 0.95 Ba 0.05) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.94 Sn 0.05 Fe 0.01) (O 2 -s-t C s N t), (Ti 0.94 Sn 0.05 Ni 0.01) (O 2-s-t C s N t), ( Ti 0.99 Fe 0.01) (O 2 -s-t C s N t), (Ti 0.95 Zn 0.05) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.77 sn 0.15 Cu 0.08) (O 2 -s-t C s N t), (Ti 0.85 Zn 0.15) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.90 Bi 0.10) (O 2-s -t C s N t), (Ti 0.996 V 0.004) (O 2-s-t CsNt), (Ti 0.984 V 0. 016) (O 2-s- t C s N t), (Ti 0.970 V 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.997 Mo 0.003) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.984 Mo 0.016) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.957 Mo 0.043) (O 2-s- t C s N t), ( Ti 0.97 W 0.03) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.95 W 0.05) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.996 V 0.004 ) (O 2-s-t C s N t), (Ti 0.984 V 0.016) (O 2-s-t C s N t), or (Ti 0.970 V 0.03 ) (O 2−s−t C s N t )
25. The heterogeneous material of claim 24, comprising:
(式中、
Mは、Snであり、
rは0から0.25であり、
sは0.001から0.1であり、
tは0.001から0.1である)
を含む、請求項16に記載の不均質材料。 The n-type semiconductor, (Ti 1-r M r ) (O 2-s-t C s N t)
(Where
M is Sn,
r is from 0 to 0.25;
s is 0.001 to 0.1,
t is 0.001 to 0.1)
The heterogeneous material of claim 16 comprising:
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