JP6103524B2 - Perovskite nanosheets based on homologous series layered perovskite oxide and uses thereof - Google Patents

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Description

本発明は、ペロブスカイトナノシート、および、その用途に関する。より詳細には、本発明は、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物に基づくペロブスカイトナノシート、および、その用途に関する。   The present invention relates to perovskite nanosheets and uses thereof. More particularly, the present invention relates to perovskite nanosheets based on homologous series layered perovskite oxide and uses thereof.

KCaNb10に代表される層状ペロブスカイト酸化物の中にはソフト化学処理により単層剥離されるものがあることが分かっている。このようにして単層剥離して得られたナノシートの特性について研究が盛んである。高い誘電特性、光触媒性を有するナノシートの開発が求められている。 It has been found that some layered perovskite oxides typified by KCa 2 Nb 3 O 10 can be exfoliated by a soft chemical treatment. Research on the properties of nanosheets obtained by single-layer peeling in this way is active. Development of nanosheets having high dielectric properties and photocatalytic properties is demanded.

以上より、本発明の課題は、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物に基づくナノシートおよびその用途を提供することである。   As described above, an object of the present invention is to provide a nanosheet based on a homologous series layered perovskite oxide and its use.

本発明によるペロブスカイトナノシートは、2種以上の八面体ブロックを内包し、これにより上記課題を解決する。
前記2種以上の八面体ブロックは、少なくとも、MO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせであってもよい。
上記ペロブスカイトナノシートは、An−1Tin−33n+1 (n≧4、Aは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される元素である)で表されてもよい。
前記Aは、Caおよび/またはSrであってもよい。
nは、n≦6であってもよい。
上記ペロブスカイトナノシートは、K[An−1Tin−33n+1]から単層剥離されていてもよい。
上記ペロブスカイトナノシートは、ATiOとA10とが固相反応していてもよい。
本発明による誘電体材料は、上記ペロブスカイトナノシートからなる。
本発明による光触媒材料は、上記ペロブスカイトナノシートからなる。
The perovskite nanosheet according to the present invention contains two or more types of octahedral blocks, thereby solving the above-mentioned problems.
The two or more types of octahedral blocks may be a combination of at least an MO 6 octahedral block (M is Nb and / or Ta) and a TiO 6 octahedral block.
The perovskite nanosheet may be represented by A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 (n ≧ 4, A is an element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, and Ba). .
The A may be Ca and / or Sr.
n may be n ≦ 6.
The perovskite nanosheet may be separated from K [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ] by a single layer.
In the perovskite nanosheet, ATiO 3 and A 2 M 3 O 10 may undergo a solid phase reaction.
The dielectric material according to the present invention comprises the perovskite nanosheet.
The photocatalytic material according to the present invention comprises the perovskite nanosheet.

本発明によるペロブスカイトナノシートは、2種以上の八面体ブロックを内包している。2種以上の八面体ブロックを共存させることにより、分極能が向上し、材料設計が容易になる。本発明によるペロブスカイトナノシートは、2種以上の八面体ブロックとして、好ましくは、MO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせを含む。これにより誘電特性および光触媒性を向上させることができる。このようなペロブスカイトナノシートは、誘電体材料および光触媒材料に好ましい。 The perovskite nanosheet according to the present invention includes two or more octahedral blocks. By allowing two or more types of octahedral blocks to coexist, polarization ability is improved and material design is facilitated. The perovskite nanosheet according to the present invention preferably comprises a combination of MO 6 octahedral block (M is Nb and / or Ta) and TiO 6 octahedral block as two or more types of octahedral blocks. Thereby, dielectric properties and photocatalytic properties can be improved. Such perovskite nanosheets are preferred for dielectric materials and photocatalytic materials.

本発明による例示的なペロブスカイトナノシートを示す模式図Schematic showing an exemplary perovskite nanosheet according to the present invention. 本発明のペロブスカイトナノシートの例示的な製造方法を示すフローチャートFlowchart illustrating an exemplary method for producing perovskite nanosheets of the present invention 本発明のペロブスカイトナノシートの例示的な製造方法を模式的に示す図The figure which shows typically the exemplary manufacturing method of the perovskite nanosheet of this invention 実施例2、3、6および7の各K[An−1Tin−33n+1]のSEM像を示す図Shows a SEM images of the K [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1] of Example 2, 3, 6 and 7 比較例1のKCaNb10および実施例2のKCaNbTiO13のXRDパターンを示す図Shows the XRD pattern of KCa 2 Nb 3 O 10 and Example 2 of KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Comparative Example 1 実施例2のKCaNbTiO13および実施例3のKCaNbTi16のXRDパターンを示す図Shows the XRD pattern of KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of KCa 3 Nb 3 TiO 13 and Example 3 Example 2 実施例4のKCaNbTi19のXRDパターンを示す図It shows an XRD pattern of KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 of Example 4 実施例6のKSrNbTiO13および実施例7のKSrNbTi16のXRDパターンを示す図Shows the XRD pattern of KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of KSr 3 Nb 3 TiO 13 and Example 7 Example 6 実施例2のKCaNbTiO13およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図It shows the XRD pattern of KCa 3 Nb 3 TiO 13 and its hydrogen ion exchanger of Example 2 実施例3のKCaNbTi16およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図Shows the XRD pattern of KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 and its hydrogen ion exchanger of Example 3 実施例6のKSrNbTiO13およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図It shows the XRD pattern of KSr 3 Nb 3 TiO 13 and its hydrogen ion exchanger of Example 6 実施例7のKSrNbTi16およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図Shows the XRD pattern of KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 and its hydrogen ion exchanger of Example 7 実施例2の水素イオン交換体のTG/DTA測定の挙動を示す図The figure which shows the behavior of the TG / DTA measurement of the hydrogen ion exchanger of Example 2. 実施例2、3、6および7の各水素イオン交換体のナノシート化を示す図The figure which shows nanosheet formation of each hydrogen ion exchanger of Example 2, 3, 6 and 7 実施例2のCaNbTiO13 ナノシートおよび実施例3のCaNbTi16 ナノシートのAFM像を示す図 Ca 3 Nb 3 TiO 13 Example 2 - Ca nanosheets and Example 3 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - shows an AFM image of nanosheets

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the same element and the description is abbreviate | omitted.

本願発明者らは、種々の特性を向上させたナノシートを開発するべく材料設計を行った。その結果、ペロブスカイトナノシートに2種以上の八面体ブロックを内包させることが有効であることを見出した。2種以上の八面体ブロックが共存するので、分極能が向上する。さらに、2種以上の八面体ブロックの種類の選択、ならびに、組み合わせの比率を人為的に設計することができるため、ペロブスカイトナノシートの組成、厚さ等の材料設計が容易である。   The inventors of the present application have designed materials to develop nanosheets with improved various properties. As a result, it was found that it is effective to encapsulate two or more octahedral blocks in the perovskite nanosheet. Since two or more types of octahedral blocks coexist, polarization ability is improved. Furthermore, since the selection of the types of two or more octahedral blocks and the ratio of combinations can be artificially designed, material design such as composition and thickness of the perovskite nanosheet is easy.

2種以上の八面体ブロックは、好ましくは、MO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせである。ペロブスカイトナノシートが、TiO八面体ブロックを内包することにより、誘電特性および光触媒性を向上させることができる。 The two or more octahedral blocks are preferably a combination of MO 6 octahedral blocks (M is Nb and / or Ta) and TiO 6 octahedral blocks. When the perovskite nanosheet includes the TiO 6 octahedral block, the dielectric property and the photocatalytic property can be improved.

図1は、本発明による例示的なペロブスカイトナノシートを示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an exemplary perovskite nanosheet according to the present invention.

図1(A)〜(C)は、種々の厚さのペロブスカイトナノシート100を示す。図1において、八面体層110は、2種以上の八面体ブロック120からなり、好ましくは、種々の比率のMO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせからなる。ペロブスカイトナノシート100は、カチオン130により八面体層110を所定数含む。カチオン130は、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択されるアルカリ土類金属元素イオンである。 1A to 1C show perovskite nanosheets 100 of various thicknesses. In FIG. 1, the octahedral layer 110 comprises two or more types of octahedral blocks 120, preferably MO 6 octahedral blocks of various ratios (M is Nb and / or Ta) and TiO 6 octahedral. Composed of a combination of blocks. The perovskite nanosheet 100 includes a predetermined number of octahedral layers 110 due to cations 130. The cation 130 is an alkaline earth metal element ion selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba.

本発明によるペロブスカイトナノシート100が、MO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせからなる場合、一般式An−1Tin−33n+1 で表されてもよい。 When the perovskite nanosheet 100 according to the present invention is composed of a combination of MO 6 octahedral block (M is Nb and / or Ta) and TiO 6 octahedral block, the general formula A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 - it may be represented by.

ここで、nは、4以上の整数であり、上限はないが、製造の容易さから6以下が好ましく、より好ましくは5以下である。nが4または5であれば、単一相で歩留まりよく製造できる。図1(A)〜(C)は、それぞれ、nが4、5および6のペロブスカイトナノシート100を模式的に示す。nが増大するにつれてナノシートの厚さは、0.4nm〜0.5nm単位で増大・制御できる。本発明によれば、単にnを変化させるだけで、組成と構造との精密制御を可能にする。このようにして精密制御されたナノシートを機能ビルディングブロック、シード層として利用することができる。また、nが増大するにつれて、誘電率が向上するため、所望の誘電特性を発揮するべくnを適宜選択することができる。   Here, n is an integer of 4 or more, and there is no upper limit, but it is preferably 6 or less, more preferably 5 or less, for ease of production. If n is 4 or 5, it can be produced in a single phase with good yield. 1A to 1C schematically show perovskite nanosheets 100 in which n is 4, 5, and 6, respectively. As n increases, the thickness of the nanosheet can be increased and controlled in units of 0.4 nm to 0.5 nm. According to the present invention, it is possible to precisely control the composition and structure simply by changing n. Nanosheets thus precisely controlled can be used as functional building blocks and seed layers. In addition, since the dielectric constant improves as n increases, n can be appropriately selected to exhibit desired dielectric characteristics.

Aは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択されるアルカリ土類金属元素であり、上述のカチオン130である。Aは、Caおよび/またはSrが好ましい。AがCaおよび/またはSrであれば、結晶構造が安定し、単一相を製造できる。Mは、Nbおよび/またはTaである。MがNbであれば、分極能が高いため、Taより高い誘電性を発揮するので有利である。   A is an alkaline earth metal element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba, and is the cation 130 described above. A is preferably Ca and / or Sr. If A is Ca and / or Sr, the crystal structure is stable and a single phase can be produced. M is Nb and / or Ta. If M is Nb, since the polarization ability is high, it is advantageous because it exhibits higher dielectric properties than Ta.

本発明によるペロブスカイトナノシート100は、上述の一般式で示すことができるが、ATiOとA10とが固相反応して生成するものであり、A10とATiOとのモル比を変化することで、容易に設計される。すなわち、例示的には、Ca10等に代表されるペロブスカイト型ナノシートに、SrTiO等に代表されるペロブスカイト型スラブが組み込まれている。 The perovskite nanosheet 100 according to the present invention can be represented by the general formula described above, and is produced by a solid-phase reaction between ATiO 3 and A 2 M 3 O 10, and A 2 M 3 O 10 and ATiO 3. It can be designed easily by changing the molar ratio. That is, for example, a perovskite slab represented by SrTiO 3 or the like is incorporated in a perovskite nanosheet represented by Ca 2 M 3 O 10 or the like.

次に、このようなペロブスカイトナノシートの例示的な製造方法を示す。   Next, an exemplary manufacturing method of such a perovskite nanosheet will be described.

図2は、本発明のペロブスカイトナノシートの例示的な製造方法を示すフローチャートである。
図3は、本発明のペロブスカイトナノシートの例示的な製造方法を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a flowchart showing an exemplary method for producing the perovskite nanosheet of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an exemplary method for producing the perovskite nanosheet of the present invention.

ステップS210:ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物300を、酸水溶液を用いて酸処理し、水素イオン交換体310を生成する。ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物300は、一般式K[An−1Tin−33n+1]で表される。ここで、nは、4以上の整数であり、上限はないが、製造の容易さから6以下が好ましく、より好ましくは5以下である。nが4または5であれば、後述のペロブスカイトナノシートを単一相で歩留まりよく製造できる。nは厚み方向の八面体数に相当するので、nが大きいほど、得られるナノシートの厚さを厚くできる。Aは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択されるアルカリ土類金属元素であり、上述のカチオン130である。Aは、Caおよび/またはSrが好ましい。AがCaおよび/またはSrであれば、結晶構造が安定し、単一相を製造できる。Mは、Nbおよび/またはTaである。 Step S210: The homologous series layered perovskite oxide 300 is acid-treated using an acid aqueous solution to generate a hydrogen ion exchanger 310. The homologous series layered perovskite oxide 300 is represented by the general formula K [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ]. Here, n is an integer of 4 or more, and there is no upper limit, but it is preferably 6 or less, more preferably 5 or less, for ease of production. When n is 4 or 5, a perovskite nanosheet described later can be produced in a single phase with a high yield. Since n corresponds to the number of octahedrons in the thickness direction, the larger the n, the thicker the nanosheet that can be obtained. A is an alkaline earth metal element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba, and is the cation 130 described above. A is preferably Ca and / or Sr. If A is Ca and / or Sr, the crystal structure is stable and a single phase can be produced. M is Nb and / or Ta.

酸水溶液としては無機酸、有機酸を使用することができるが、通常は、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸および炭酸からなる群から選択される。   As the acid aqueous solution, an inorganic acid or an organic acid can be used, but it is usually selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid and carbonic acid.

ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物300を酸水溶液により酸処理すると、Kイオンは、水素イオンまたはオキソニウムイオンと置換し、水素イオン交換体310を生成する。その組成は一般式H[An−1Tin−33n+1]・mHO(m=0〜2)で表される。 When the homologous series layered perovskite oxide 300 is acid-treated with an acid aqueous solution, K ions are replaced with hydrogen ions or oxonium ions, and a hydrogen ion exchanger 310 is generated. Its composition is represented by the general formula H [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ] .mH 2 O (m = 0-2).

酸処理条件は、酸水溶液の規定が0.1規定以上であり、室温(10℃〜30℃)にて1日〜7日間反応させる。酸水溶液の規定が0.1規定よりも小さい場合、イオン交換が十分に進行せず、後述する剥離反応が生じにくくなる場合がある。   As for the acid treatment conditions, the regulation of the acid aqueous solution is 0.1 or more, and the reaction is performed at room temperature (10 ° C. to 30 ° C.) for 1 to 7 days. When the regulation of the acid aqueous solution is smaller than 0.1 regulation, ion exchange does not proceed sufficiently, and the peeling reaction described later may be difficult to occur.

ステップS220:水素イオン交換体310と塩基性物質とを反応させ、水素イオン交換体310を単層剥離する。塩基性物質は、ステップS220で得られた水素イオン交換体310の層状構造を剥離するように機能する物質であり、具体的には、テトラブチルアンモニウムイオン(TBA)、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、n−プロピルアミン、n−エチルアミンおよびエタノールアミンを含む水溶液である。中でも、収率の観点からTBAの水溶液が望ましい。 Step S220: The hydrogen ion exchanger 310 is reacted with a basic substance, and the hydrogen ion exchanger 310 is separated into a single layer. The basic substance is a substance that functions to exfoliate the layered structure of the hydrogen ion exchanger 310 obtained in step S220, and specifically includes tetrabutyl ammonium ion (TBA + ), tetrapropyl ammonium ion, tetraethyl An aqueous solution containing ammonium ions, tetramethylammonium ions, n-propylamine, n-ethylamine and ethanolamine. Among these, an aqueous solution of TBA + is desirable from the viewpoint of yield.

水素イオン交換体310中のプロトンと、塩基性物質とのモル比は、好ましくは、0.5〜10の範囲である。モル比が0.5未満または10を超えると、剥離が十分に進行しない場合がある。   The molar ratio between the protons in the hydrogen ion exchanger 310 and the basic substance is preferably in the range of 0.5-10. If the molar ratio is less than 0.5 or exceeds 10, peeling may not proceed sufficiently.

剥離反応は、単に、水素イオン交換体310と塩基性物質とを室温にて混合するだけでよいが、混合に加えて振盪させてもよい。これにより、剥離が促進するので、収率が向上する。剥離反応は、数日(例えば、4日)以上振盪させることによって、100%の収率を得ることができる。剥離が進行すると、乳白色の溶液となるので、目視にて確認し、反応をやめてもよい。   In the peeling reaction, the hydrogen ion exchanger 310 and the basic substance may be simply mixed at room temperature, but may be shaken in addition to the mixing. Thereby, since peeling is accelerated, the yield is improved. The peeling reaction can be obtained at a yield of 100% by shaking for several days (for example, 4 days) or more. As peeling progresses, it becomes a milky white solution, so the reaction may be stopped by visual inspection.

このようにして、水素イオン交換体310(すなわち、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物300)が剥離した、本発明によるペロブスカイトナノシート100が分散したコロイド溶液を得ることができる。本発明の方法によれば、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物300を単に酸処理し、剥離するだけでよいので、専用の装置は不要である。したがって製造が簡便であり、大量生産に好適である。   In this way, a colloidal solution in which the perovskite nanosheet 100 according to the present invention is dispersed, from which the hydrogen ion exchanger 310 (that is, the homologous series layered perovskite oxide 300) has been peeled, can be obtained. According to the method of the present invention, the homologous series layered perovskite oxide 300 may be simply acid-treated and stripped, so that a dedicated apparatus is unnecessary. Therefore, manufacturing is simple and suitable for mass production.

なお、このようにして得られた本発明のペロブスカイトナノシートを含有するコロイド溶液をガラス基板、シリコン基板、金属基板、プラスチック基板等の任意の基材に付与することによって、誘電体材料、光触媒材料、シード層を製造することができる。基材への付与は、液相プロセスを介した任意の方法を採用できるが、好ましくは、交互吸着法、ラングミュア・ブロジェット(LB)法、スピンコート法、ドロップ法およびディップコート法からなる群から選択される方法が採用される。   In addition, by applying a colloid solution containing the perovskite nanosheet of the present invention thus obtained to an arbitrary base material such as a glass substrate, a silicon substrate, a metal substrate, a plastic substrate, a dielectric material, a photocatalytic material, A seed layer can be manufactured. Any method through a liquid phase process can be applied to the substrate, but preferably a group consisting of an alternating adsorption method, a Langmuir-Blodget (LB) method, a spin coating method, a drop method and a dip coating method. The method selected from is adopted.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。実施例では、種々の比率のMO八面体ブロック(MはNbである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせからなり、一般式An−1Tin−33n+1 (n=4〜6、A=CaまたはSr)で表されるペロブスカイトナノシートを製造した。 The present invention will now be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples. The examples consist of combinations of various ratios of MO 6 octahedral blocks (M is Nb) and TiO 6 octahedral blocks, with the general formula A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 (n = 4 A perovskite nanosheet represented by ˜6, A = Ca or Sr) was produced.

[比較例1]
比較例1では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=3、A=Caで表されるペロブスカイトナノシートCaNb10 を製造した。ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてKCaNb10を製造した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 3, A = perovskite nano represented by Ca sheet Ca 2 Nb 3 O 10 - was prepared. Prior to the production of the perovskite nanosheet, KCa 2 Nb 3 O 10 was produced as a layered perovskite oxide.

CO(レアメタリック製、純度99.99%)と、CaCO(レアメタリック製、純度99.99%)と、Nb(レアメタリック製、純度99.99%)とを混合・粉砕した。ここで、KCOとCaCOとNbとの混合モル比は1.1:4:3であった。 Mixing K 2 CO 3 (Rare Metallic Co., Ltd., purity of 99.99%) and, CaCO 3 (Rare Metallic Co., Ltd., purity of 99.99%) and, Nb 2 O 5 (Rare Metallic Co., Ltd., 99.99% purity) and・ Crushed. Here, the mixing molar ratio of K 2 CO 3 , CaCO 3 and Nb 2 O 5 was 1.1: 4: 3.

次いで、粉砕した原料混合物を白金るつぼに移し、電気炉で焼成した。詳細には、室温から900℃まで昇温させ、900℃で1時間保持した後、電気炉から取り出して乳鉢中で粉砕・混合し、次いで、900℃から1200℃まで昇温させ、1200℃で12時間焼成した。得られた化合物について粉末XRD測定を行い、層状化合物KCaNb10単相であることを確認した。結果を図5に示す。 Next, the pulverized raw material mixture was transferred to a platinum crucible and baked in an electric furnace. Specifically, the temperature is raised from room temperature to 900 ° C., held at 900 ° C. for 1 hour, taken out from the electric furnace, pulverized and mixed in a mortar, and then heated from 900 ° C. to 1200 ° C. Baked for 12 hours. The obtained compound was subjected to powder XRD measurement to confirm that it was a layered compound KCa 2 Nb 3 O 10 single phase. The results are shown in FIG.

次に、得られた層状化合物KCaNb10を用いてペロブスカイトナノシートCaNb10 を合成した。 Next, perovskite nanosheets Ca 2 Nb 3 O 10 were synthesized using the obtained layered compound KCa 2 Nb 3 O 10 .

層状化合物KCaNb10を、酸水溶液として硝酸水溶液(13.5規定、和光純薬工業製、特級)を用いて酸処理し、水素イオン交換体を生成した。なお、硝酸水溶液を、超純水(>18MΩcm)を用いて5規定となるように調製した。 The layered compound KCa 2 Nb 3 O 10 was acid-treated using an aqueous nitric acid solution (13.5 N, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade) as an aqueous acid solution to produce a hydrogen ion exchanger. An aqueous nitric acid solution was prepared using ultrapure water (> 18 MΩcm) so as to be 5N.

具体的な反応は、KCaNb10(5g)と硝酸水溶液(200mL)とを500mLビーカ中でスターラを用いて攪拌し、72時間反応させた。反応終了後、生成物を超純水でろ過し、空気中で風乾させ、水素イオン交換体を得た。 Specifically, KCa 2 Nb 3 O 10 (5 g) and nitric acid aqueous solution (200 mL) were stirred using a stirrer in a 500 mL beaker and reacted for 72 hours. After completion of the reaction, the product was filtered with ultrapure water and air-dried in air to obtain a hydrogen ion exchanger.

次いで、水素イオン交換体0.4gと塩基性物質として水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液(TBAOHaq.)100mL(10%、和光純薬工業製、特級)とを反応させ、水素イオン交換体を剥離し、CaNb10 ナノシートが分散したコロイド溶液を得た。 Next, 0.4 g of hydrogen ion exchanger and 100 mL of tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution (TBAOHaq.) As a basic substance (10%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade) are reacted to peel off the hydrogen ion exchanger, Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets was obtained dispersed colloidal solution.

具体的な反応は、TBAOHaq.中のTBAと水素イオン交換体中のHとのモル比が1:1となるように調整した。200mL三角フラスコに超純水を入れ、次いで、TBAOHaq.3.8mLを加え、合計100mL定容とした。この溶液に水素イオン交換体0.4gを加え、シェイカーで180rpm、4日間振盪した。三角フラスコ中の溶液が乳白色の溶液となり、水素イオン交換体が剥離したことを確認した。 The specific reaction is TBAOHaq. The molar ratio of TBA + in the hydrogen ion exchanger to H + in the hydrogen ion exchanger was adjusted to 1: 1. Put ultrapure water in a 200 mL Erlenmeyer flask, and then add TBAOHaq. 3.8 mL was added to make a total volume of 100 mL. To this solution, 0.4 g of a hydrogen ion exchanger was added and shaken with a shaker at 180 rpm for 4 days. It was confirmed that the solution in the Erlenmeyer flask became a milky white solution and the hydrogen ion exchanger was peeled off.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。結果を後述する。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to hydrophilization treatment using an alternate adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured. The results will be described later.

[実施例2]
実施例2では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=4、A=Caで表されるペロブスカイトナノシートCaNbTiO13 を製造した。ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてホモロガス系列KCaNbTiO13を製造した。
[Example 2]
In Example 2, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 4, A = perovskite nano represented by Ca sheet Ca 3 Nb 3 TiO 13 - was prepared. Prior to the production of the perovskite nanosheet, a homologous series KCa 3 Nb 3 TiO 13 was produced as a layered perovskite oxide.

まず、比較例1と同様の手順により、CaTiOを合成した。具体的には、CaCO(レアメタリック製、純度99.99%)とTiO(レアメタリック製、純度99.99%)とを、モル比1:1で、混合・粉砕し、KCaNb10と同様の条件で焼成した。得られた化合物について粉末XRD測定を行い、CaTiO単相であることを確認した。 First, CaTiO 3 was synthesized by the same procedure as in Comparative Example 1. Specifically, CaCO 3 (rare metallic, purity 99.99%) and TiO 2 (rare metallic, purity 99.99%) were mixed and pulverized at a molar ratio of 1: 1 to obtain KCa 2 Nb. Firing was performed under the same conditions as 3 O 10 . The obtained compound was subjected to powder XRD measurement and confirmed to be a CaTiO 3 single phase.

次に、CaTiOと、比較例1で合成したKCaNb10とを、モル比1:1で混合・粉砕後、焼成した。詳細には、混合物を白金るつぼに移し、電気炉で、室温から1200〜1300℃まで昇温させ、72時間〜150時間焼成した。焼成物を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。焼成物について粉末XRD測定を行い、ホモロガス系列化合物KCaNbTiO13であることを確認した。また、得られたXRDパターンから格子定数を算出した。これらの結果を図4〜図6および表2に示す。 Next, CaTiO 3 and KCa 2 Nb 3 O 10 synthesized in Comparative Example 1 were mixed and pulverized at a molar ratio of 1: 1, and then fired. Specifically, the mixture was transferred to a platinum crucible, heated from room temperature to 1200 to 1300 ° C. in an electric furnace, and fired for 72 to 150 hours. The fired product was observed with a scanning electron microscope (SEM). Powder XRD measurement was performed on the fired product, and it was confirmed that it was a homologous series compound KCa 3 Nb 3 TiO 13 . Further, the lattice constant was calculated from the obtained XRD pattern. These results are shown in FIGS.

得られた層状化合物KCaNbTiO13を用いてペロブスカイトナノシートCaNbTiO13 を合成した。 Perovskite nanosheets Ca 3 Nb 3 TiO 13 were synthesized using the obtained layered compound KCa 3 Nb 3 TiO 13 .

層状化合物KCaNbTiO13を、酸水溶液として硝酸水溶液(13.5規定、和光純薬工業製、特級)を用いて酸処理し、水素イオン交換体を生成した(図2および図3のステップS210)。なお、硝酸水溶液を、超純水(>18MΩcm)を用いて5規定となるように調製した。 The layered compound KCa 3 Nb 3 TiO 13 was acid-treated using an aqueous nitric acid solution (13.5 N, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade) as an aqueous acid solution to produce a hydrogen ion exchanger (FIGS. 2 and 3). Step S210). An aqueous nitric acid solution was prepared using ultrapure water (> 18 MΩcm) so as to be 5N.

具体的な反応は、KCaNbTiO13(5g)と硝酸水溶液(200mL)とを500mLビーカ中でスターラを用いて攪拌し、1日〜7日間反応させた。反応終了後、生成物を超純水でろ過し、空気中で風乾させた。得られた物質が、水素イオン交換体であることを、粉末XRD測定、示差熱重量分析測定(TG/DTA)および化学分析を行い確認した。さらに、得られたXRDパターンから格子定数を算出した。これらの結果を図9、図13および表3に示す。 Specifically, KCa 3 Nb 3 TiO 13 (5 g) and an aqueous nitric acid solution (200 mL) were stirred with a stirrer in a 500 mL beaker and reacted for 1 to 7 days. After completion of the reaction, the product was filtered with ultrapure water and air-dried in air. It was confirmed by powder XRD measurement, differential thermogravimetric analysis (TG / DTA) and chemical analysis that the obtained substance was a hydrogen ion exchanger. Furthermore, the lattice constant was calculated from the obtained XRD pattern. These results are shown in FIGS. 9 and 13 and Table 3.

次いで、水素イオン交換体0.4gと塩基性物質として水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液(TBAOHaq.)100mL(10%、和光純薬工業製、特級)とを反応させ、水素イオン交換体を剥離し、CaNbTiO13 ナノシートが分散したコロイド溶液を得た(図2および図3のステップS220)。 Next, 0.4 g of hydrogen ion exchanger and 100 mL of tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution (TBAOHaq.) As a basic substance (10%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade) are reacted to peel off the hydrogen ion exchanger, Ca 3 Nb 3 TiO 13 - nanosheets was obtained dispersed colloidal solution (step S220 of FIG. 2 and FIG. 3).

具体的な反応は、TBAOHaq.中のTBAと水素イオン交換体中のHとのモル比が1:1となるように調整した。200mL三角フラスコに超純水を入れ、次いで、TBAOHaq.5.4mLを加え、100mL定容とした。この溶液に水素イオン交換体0.4gを加え、シェイカーで180rpm、10日間振盪した。三角フラスコ中の溶液が乳白色の溶液となり、水素イオン交換体の剥離が完全に行われたことを確認した。観察結果を図14に示す。 The specific reaction is TBAOHaq. The molar ratio of TBA + in the hydrogen ion exchanger to H + in the hydrogen ion exchanger was adjusted to 1: 1. Put ultrapure water in a 200 mL Erlenmeyer flask, and then add TBAOHaq. 5.4 mL was added to make a constant volume of 100 mL. To this solution, 0.4 g of a hydrogen ion exchanger was added and shaken with a shaker at 180 rpm for 10 days. It was confirmed that the solution in the Erlenmeyer flask became a milky white solution and the hydrogen ion exchanger was completely peeled off. The observation results are shown in FIG.

希釈したコロイド溶液を石英ガラス基板上で乾燥させ、原子間力顕微鏡(AFM)により形状観察を行った。結果を図15に示す。また、親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板にコロイド溶液を交互吸着法により付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。   The diluted colloidal solution was dried on a quartz glass substrate, and the shape was observed with an atomic force microscope (AFM). The results are shown in FIG. In addition, a colloidal solution was applied to the quartz glass substrate and silicon substrate that had been subjected to a hydrophilic treatment by an alternating adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured.

[実施例3]
実施例3では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=5、A=Caで表されるペロブスカイトナノシートCaNbTi16 を製造した。
[Example 3]
In Example 3, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 5, A = perovskite nano represented by Ca sheet Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - was prepared.

まず、ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてホモロガス系列KCaNbTi16を製造した。製造手順は、実施例2で合成した、CaTiOとKCaNbTiO13とを原料物質とし、これらをモル比1:1で混合した以外は、実施例2と同様である。焼成物を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。焼成物について粉末XRD測定を行い、ホモロガス系列化合物KCaNbTi16であることを確認し、格子定数を算出した。これらの結果を図4、図6および表2に示す。 First, prior to the production of the perovskite nanosheet, a homologous series KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 was produced as a layered perovskite oxide. The production procedure is the same as that of Example 2 except that CaTiO 3 and KCa 3 Nb 3 TiO 13 synthesized in Example 2 are used as raw materials and mixed at a molar ratio of 1: 1. The fired product was observed with a scanning electron microscope (SEM). Powder XRD measurement was performed on the fired product to confirm that it was a homologous series compound KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 , and a lattice constant was calculated. These results are shown in FIGS. 4 and 6 and Table 2.

得られた層状化合物KCaNbTi16を用いてペロブスカイトナノシートCaNbTi16 を合成した。合成手順は、実施例2と同様であった。水素イオン交換体について粉末XRD測定および格子定数の算出を行った結果を図10および表3に示す。CaNbTi16 ナノシートが分散したコロイド溶液を観察した。結果を図14に示す。 Perovskite nanosheets Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 were synthesized using the obtained layered compound KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 . The synthesis procedure was the same as in Example 2. The results of powder XRD measurement and lattice constant calculation for the hydrogen ion exchanger are shown in FIG. 10 and Table 3. Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - nanosheets were observed dispersed colloidal solution. The results are shown in FIG.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、AFMを用いた形状観察、誘電特性および光触媒性を測定した。結果を図15に示す。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to a hydrophilic treatment by using an alternate adsorption method, and shape observation, dielectric properties and photocatalytic properties using AFM were measured. The results are shown in FIG.

[実施例4]
実施例4では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=6、A=Caで表されるペロブスカイトナノシートCaNbTi19 を製造した。
[Example 4]
In Example 4, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 6, perovskite nano represented by A = Ca sheet Ca 5 Nb 3 Ti 3 O 19 - was prepared.

まず、ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてホモロガス系列化合物KCaNbTi19を製造した。製造手順は、実施例2で合成したCaTiOと、実施例3で合成したKCaNbTi16とを原料物質とし、これらをモル比1:1で混合した以外は、実施例2と同様である。得られた焼成物について粉末XRD測定を行い、ホモロガス系列化合物KCaNbTi19であることを確認した。結果を図7に示す。焼成物を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。 First, prior to the production of the perovskite nanosheet, a homologous series compound KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 was produced as a layered perovskite oxide. The production procedure is the same as in Example 2 except that CaTiO 3 synthesized in Example 2 and KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 synthesized in Example 3 were used as raw materials and mixed at a molar ratio of 1: 1. It is the same. The obtained fired product was subjected to powder XRD measurement, and confirmed to be a homologous series compound KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 . The results are shown in FIG. The fired product was observed with a scanning electron microscope (SEM).

得られた層状化合物KCaNbTi16を用いてペロブスカイトナノシートCaNbTi16 を合成した。合成手順は、実施例2と同様であった。CaNbTi16 ナノシートが分散したコロイド溶液を観察したところ、乳白色であった。 Perovskite nanosheets Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 were synthesized using the obtained layered compound KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 . The synthesis procedure was the same as in Example 2. Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - where nanosheets were observed dispersed colloidal solution was milky white.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to hydrophilization treatment using an alternate adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured.

[比較例5]
比較例5では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=3、A=Srで表されるペロブスカイトナノシートSrNbTiO10 を製造した。
[Comparative Example 5]
In Comparative Example 5, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 3, perovskite nano represented by A = Sr sheet Sr 2 Nb 3 TiO 10 - was prepared.

ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてKSrNb10を製造した。合成手順は、比較例1において、CaCOに代えてSrCO(レアメタリック製、純度99.99%)を用いた以外は同様であった。得られた層状化合物について粉末XRD測定を行い、KSrNb10であることを確認し、格子定数を算出した。結果を表2に示す。 Prior to the production of the perovskite nanosheet, KSr 2 Nb 3 O 10 was produced as a layered perovskite oxide. The synthesis procedure was the same as in Comparative Example 1 except that SrCO 3 (rare metallic, purity 99.99%) was used instead of CaCO 3 . The obtained layered compound was subjected to powder XRD measurement to confirm that it was KSr 2 Nb 3 O 10 , and the lattice constant was calculated. The results are shown in Table 2.

得られた層状化合物KSrNb10を用いてペロブスカイトナノシートSrNb10 を合成した。合成手順は、実施例2と同様であった。SrNb13 ナノシートが分散したコロイド溶液を観察したところ、乳白色であった。 A perovskite nanosheet Sr 2 Nb 3 O 10 was synthesized using the obtained layered compound KSr 2 Nb 3 O 10 . The synthesis procedure was the same as in Example 2. Sr 2 Nb 3 O 13 - where nanosheets were observed dispersed colloidal solution was milky white.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to hydrophilization treatment using an alternate adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured.

[実施例6]
実施例6では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=4、A=Srで表されるペロブスカイトナノシートSrNbTiO13 を製造した。
[Example 6]
In Example 6, perovskite nanosheets Sr 3 Nb 3 TiO 13 represented by general formula A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 where n = 4 and A = Sr were produced.

まず、ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてホモロガス系列化合物KSrNbTiO13を製造した。製造手順は、SrTiOと、比較例5で合成したKSrNb10とを原料物質とし、これらをモル比1:1で混合した以外は、実施例2と同様である。焼成物を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。焼成物について粉末XRD測定を行い、ホモロガス系列化合物KSrNbTiO13であることを確認し、格子定数を算出した。これらの結果を図4、図8および表2に示す。 First, prior to the production of the perovskite nanosheet, a homologous series compound KSr 3 Nb 3 TiO 13 was produced as a layered perovskite oxide. The production procedure is the same as that of Example 2 except that SrTiO 3 and KSr 2 Nb 3 O 10 synthesized in Comparative Example 5 are used as raw materials and these are mixed at a molar ratio of 1: 1. The fired product was observed with a scanning electron microscope (SEM). Powder XRD measurement was performed on the fired product to confirm that it was a homologous series compound KSr 3 Nb 3 TiO 13 , and a lattice constant was calculated. These results are shown in FIGS. 4 and 8 and Table 2.

なお、原料物質に用いたSrTiOは、SrCO(レアメタリック製、純度99.99%)とTiO(レアメタリック製、純度99.99%)とを、モル比1:1で、混合・粉砕し、比較例1のKCaNb10と同様の条件で焼成することによって合成された。 In addition, SrTiO 3 used for the raw material is a mixture of SrCO 3 (rare metallic, purity 99.99%) and TiO 2 (rare metallic, purity 99.99%) in a molar ratio of 1: 1. The powder was synthesized by pulverizing and firing under the same conditions as in KCa 2 Nb 3 O 10 of Comparative Example 1.

得られた層状化合物KSrNbTiO13を用いてペロブスカイトナノシートSrNbTiO13 を合成した。合成手順は、実施例2と同様であった。水素イオン交換体について粉末XRD測定および格子定数の算出を行った結果を図11および表3に示す。SrNbTiO13 ナノシートが分散したコロイド溶液を観察した。結果を図14に示す。 A perovskite nanosheet Sr 3 Nb 3 TiO 13 was synthesized using the obtained layered compound KSr 3 Nb 3 TiO 13 . The synthesis procedure was the same as in Example 2. FIG. 11 and Table 3 show the results of the powder XRD measurement and the calculation of the lattice constant of the hydrogen ion exchanger. Sr 3 Nb 3 TiO 13 - nanosheets were observed dispersed colloidal solution. The results are shown in FIG.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to hydrophilization treatment using an alternate adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured.

[実施例7]
実施例7では、一般式An−1Tin−33n+1 において、n=5、A=Srで表されるペロブスカイトナノシートSrNbTi16 を製造した。
[Example 7]
In Example 7, the general formula A n-1 M 3 Ti n -3 O 3n + 1 - in, n = 5, A = perovskite nano represented by Sr seat Sr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - was prepared.

まず、ペロブスカイトナノシートの製造に先立って、層状ペロブスカイト酸化物としてホモロガス系列化合物KSrNbTi16を製造した。製造手順は、SrTiOと、実施例6で合成したKSrNbTiO13とをモル比1:1で混合した以外は、実施例2と同様である。焼成物を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。焼成物について粉末XRD測定を行い、ホモロガス系列化合物KSrNbTi16であることを確認し、格子定数を算出した。これらの結果を図4、図8および表2に示す。 First, prior to the production of the perovskite nanosheet, a homologous series compound KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 was produced as a layered perovskite oxide. The production procedure is the same as that of Example 2 except that SrTiO 3 and KSr 3 Nb 3 TiO 13 synthesized in Example 6 were mixed at a molar ratio of 1: 1. The fired product was observed with a scanning electron microscope (SEM). Powder XRD measurement was performed on the fired product, and it was confirmed that it was a homologous series compound KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 , and a lattice constant was calculated. These results are shown in FIGS. 4 and 8 and Table 2.

得られた層状化合物KSrNbTi16を用いてペロブスカイトナノシートSrNbTi16 を合成した。合成手順は、実施例2と同様であった。水素イオン交換体について粉末XRD測定および格子定数の算出を行った結果を図12および表3に示す。SrNbTi16 ナノシートが分散したコロイド溶液を観察した。結果を図14に示す。 Obtained layered compound KSr 4 with Nb 3 Ti 2 O 16 perovskite nanosheets Sr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - was synthesized. The synthesis procedure was the same as in Example 2. FIG. 12 and Table 3 show the results of the powder XRD measurement and the calculation of the lattice constant of the hydrogen ion exchanger. Sr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - nanosheets were observed dispersed colloidal solution. The results are shown in FIG.

コロイド溶液を親水化処理した石英ガラス基板およびシリコン基板に交互吸着法を用いて付与し、誘電特性および光触媒性を測定した。   The colloidal solution was applied to a quartz glass substrate and a silicon substrate subjected to hydrophilization treatment using an alternate adsorption method, and dielectric properties and photocatalytic properties were measured.

以上の実施例および比較例の実験条件を簡単のため表1にまとめる。   The experimental conditions of the above examples and comparative examples are summarized in Table 1 for simplicity.


図4は、実施例2、3、6および7の各K[An−1Tin−33n+1]のSEM像を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing an SEM image of each K [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ] in Examples 2, 3, 6 and 7.

図4(A)〜(D)は、それぞれ、実施例2のKCaNbTiO13、実施例3のKCaNbTi16、実施例6のKSrNbTiO13、ならびに、実施例7のKSrNbTi16のSEM像を示す。図4によれば、得られた化合物は、いずれも、横サイズ約5μm、厚さ約1μmの板状結晶の集合体であった。図示しないが、実施例4のKCaNbTi19も同様の集合体であった。 4 (A) to 4 (D) respectively show KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Example 2, KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 3 , KSr 3 Nb 3 TiO 13 of Example 6, and It shows an SEM image of KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of example 7. According to FIG. 4, all of the obtained compounds were aggregates of plate crystals having a lateral size of about 5 μm and a thickness of about 1 μm. Although not shown, KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 of Example 4 was a similar assembly.

図5は、比較例1のKCaNb10および実施例2のKCaNbTiO13のXRDパターンを示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing XRD patterns of KCa 2 Nb 3 O 10 of Comparative Example 1 and KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Example 2.

図5より、KCaNbTiO13は、焼成温度が1240℃の場合、焼成時間が96時間を超えると単相で得られることが分かった。 From FIG. 5, it was found that KCa 3 Nb 3 TiO 13 can be obtained in a single phase when the firing time exceeds 96 hours when the firing temperature is 1240 ° C.

図6は、実施例2のKCaNbTiO13および実施例3のKCaNbTi16のXRDパターンを示す図である。
図7は、実施例4のKCaNbTi19のXRDパターンを示す図である。
図8は、実施例6のKSrNbTiO13および実施例7のKSrNbTi16のXRDパターンを示す図である。
6 is a diagram showing XRD patterns of KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Example 2 and KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 3. FIG.
7 is a view showing an XRD pattern of KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 in Example 4. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing XRD patterns of KSr 3 Nb 3 TiO 13 of Example 6 and KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 7.

図6によれば、実施例2のKCaNbTiO13、ならびに、実施例3のKCaNbTi16が単相で得られたことが分かった。図8によれば、実施例6のKSrNbTiO13、ならびに、実施例7のKSrNbTi16が単相で得られたことが分かった。一方、図7によれば、実施例4のKCaNbTi19は、実施例3のKCaNbTi16との混合物として得られたことを確認した。 According to FIG. 6, it was found that KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Example 2 and KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 3 were obtained in a single phase. According to FIG. 8, it was found that KSr 3 Nb 3 TiO 13 of Example 6 and KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 7 were obtained in a single phase. On the other hand, according to FIG. 7, it was confirmed that KCa 5 Nb 3 Ti 3 O 19 of Example 4 was obtained as a mixture with KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 of Example 3.

さらに、図6〜図8によれば、XRDパターンのすべてのピークは、斜方晶系格子に指数付された。これらから格子定数を算出した。   Furthermore, according to FIGS. 6-8, all peaks of the XRD pattern were indexed to the orthorhombic lattice. From these, the lattice constant was calculated.

Aのアルカリ土類金属元素の種類およびnの数に関わらず、ホスト層内の周期構造を反映したa軸長およびb軸長はほぼ一定であった。一方、c軸長の半分に相当する層間距離は、nが1増加するとともに約0.8nmずつ増加することが分かった。なお、この増分は、MO八面体(図1の八面体層110)の高さに相当し、NbO八面体とTiO八面体との組み合わせからなるホモロガス構造を有しており、得られた酸化物が、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物であることを示す。 Regardless of the type of alkaline earth metal element A and the number of n, the a-axis length and b-axis length reflecting the periodic structure in the host layer were almost constant. On the other hand, the interlayer distance corresponding to half of the c-axis length was found to increase by about 0.8 nm as n increased by 1. This increment corresponds to the height of the MO 6 octahedron (octahedral layer 110 in FIG. 1) and has a homologous structure consisting of a combination of NbO 6 octahedron and TiO 6 octahedron. The oxide is a homologous series layered perovskite oxide.

図9は、実施例2のKCaNbTiO13およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図である。
図10は、実施例3のKCaNbTi16およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図である。
図11は、実施例6のKSrNbTiO13およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図である。
図12は、実施例7のKSrNbTi16およびその水素イオン交換体のXRDパターンを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing XRD patterns of KCa 3 Nb 3 TiO 13 of Example 2 and its hydrogen ion exchanger.
10 is a diagram showing an XRD pattern of KCa 4 Nb 3 Ti 2 O 16 and its hydrogen ion exchanger of Example 3. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing XRD patterns of KSr 3 Nb 3 TiO 13 and the hydrogen ion exchanger of Example 6.
12 is a diagram showing an XRD pattern of KSr 4 Nb 3 Ti 2 O 16 and its hydrogen ion exchanger of Example 7. FIG.

図9〜図12によれば、酸処理を施すことにより、層状構造を保持したまま層間のKイオンが水素イオンに置換されたことを示す。酸処理後のXRDパターンのすべてのピークは、正方晶系格子に指数付された。これらから格子定数を算出した。 9 to 12, it is shown that the K + ions between the layers are replaced with hydrogen ions while maintaining the layered structure by performing the acid treatment. All peaks in the XRD pattern after acid treatment were indexed to the tetragonal lattice. From these, the lattice constant was calculated.

酸処理前と同様に、Aのアルカリ土類金属元素の種類およびnの数に関わらず、a軸長およびb軸長はほぼ一定であった。一方、c軸長の半分に相当する層間距離は、nが1増加するとともに約0.4nmずつ増加することが分かった。このことから本発明のペロブスカイトナノシートは、厚さ約0.4nm(0.4nm〜0.5nm)単位で制御され得ることが示唆される。   As before the acid treatment, the a-axis length and the b-axis length were almost constant regardless of the type of alkaline earth metal element A and the number of n. On the other hand, the interlayer distance corresponding to half the c-axis length was found to increase by about 0.4 nm as n increased by 1. This suggests that the perovskite nanosheet of the present invention can be controlled in units of about 0.4 nm (0.4 nm to 0.5 nm) in thickness.

図13は、実施例2の水素イオン交換体のTG/DTA測定の挙動を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing the behavior of TG / DTA measurement of the hydrogen ion exchanger of Example 2.

図13によれば、300℃までに2段階の脱水が起こり、その総量約5%であることがわかった。また、化学分析結果によれば、酸処理後、Kイオンの含有量は、4%以下に減少したものの、他の元素の含有量に変化がないことを確認した。このことからも、Kイオンが水素イオンに置換され、H[CaNbTiO13]・1.4HOが得られたことが示される。他の実施例も同様に、H[An−1Tin−33n+1]・mHO(m=0〜2)で表される水素イオン交換体が得られた。 According to FIG. 13, it was found that two-stage dehydration occurred by 300 ° C., and the total amount was about 5%. In addition, according to the chemical analysis results, it was confirmed that the content of other elements did not change although the K + ion content decreased to 4% or less after the acid treatment. This also indicates that K + ions were replaced with hydrogen ions, and H [Ca 3 Nb 3 TiO 13 ] · 1.4H 2 O was obtained. Similarly, in other examples, hydrogen ion exchangers represented by H [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ] · mH 2 O (m = 0 to 2) were obtained.

図14は、実施例2、3、6および7の各水素イオン交換体のナノシート化を示す図である。   FIG. 14 is a diagram showing nanosheet formation of the hydrogen ion exchangers of Examples 2, 3, 6, and 7.

いずれも水素イオン交換体に塩基性物質を反応させると、白色に懸濁したコロイド溶液になることが分かった。   In any case, it was found that when a basic substance was reacted with a hydrogen ion exchanger, a colloidal solution suspended in white was formed.

図15は、実施例2のCaNbTiO13 ナノシートおよび実施例3のCaNbTi16 ナノシートのAFM像を示す図である。 15, Ca 3 Nb 3 TiO 13 Example 2 - shows the AFM image of nanosheets - Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 nanosheets and Example 3.

図15(A)によれば、厚さ2.87±0.03nmのCaNbTiO13 ナノシート、図15(B)によれば、厚さ3.42±0.01nmのCaNbTi16 ナノシートが得られた。このことから、ホモロガス系列層状ペロブスカイト酸化物に基づいて、一般式An−1Tin−33n+1 (n≧4)で示されるナノシートが得られることが示された。 According to FIG. 15 (A), the thickness of 2.87 ± 0.03nm Ca 3 Nb 3 TiO 13 - nanosheets, according to FIG. 15 (B), the thickness of 3.42 ± 0.01nm Ca 4 Nb 3 Ti 2 O 16 - nanosheets was obtained. From this, it was shown that a nanosheet represented by the general formula A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 (n ≧ 4) was obtained based on the homologous series layered perovskite oxide.

実施例および比較例で合成したナノシートについて誘電特性を測定したところ、Tiの導入により誘電率の向上が確認された。特に、nの数が大きいナノシートほど誘電率が高いことが分かった。また、カチオン性ポリマーとしてポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム(PDDA)を層間に挟んで多層化したナノシートに紫外線を照射したところ、層間隔が減少することが分かった。このことから、層間に存在する物質を分解する光触媒性を有することを確認した。   When the dielectric properties of the nanosheets synthesized in the examples and comparative examples were measured, it was confirmed that the dielectric constant was improved by introducing Ti. In particular, it was found that the nanosheet having a larger number of n has a higher dielectric constant. In addition, it was found that when the nanosheet formed by poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) as a cationic polymer was irradiated with ultraviolet rays, the layer spacing decreased. From this, it was confirmed that it has a photocatalytic property for decomposing substances present between the layers.

本発明によるペロブスカイトナノシートは、2種以上の八面体ブロックを内包することにより、既存のナノシートより優れた特性を発揮できる。特に、ペロブスカイトナノシートが、MO八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO八面体ブロックの組み合わせであり、一般式An−1Tin−33n+1 で表される場合、誘電特性および光触媒性に優れるので、誘電体材料および光触媒材料に好ましい。また、本発明のペロブスカイトナノシートは、0.4nm〜0.5nm単位で厚さの制御が可能であるので、機能ビルディングブロックとして有利である。 The perovskite nanosheet according to the present invention can exhibit properties superior to existing nanosheets by encapsulating two or more octahedral blocks. In particular, the perovskite nanosheet is a combination of MO 6 octahedral block (M is Nb and / or Ta) and TiO 6 octahedral block, with the general formula An n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 When expressed, it is excellent in dielectric properties and photocatalytic properties, and therefore preferred for dielectric materials and photocatalytic materials. Moreover, since the thickness of the perovskite nanosheet of the present invention can be controlled in units of 0.4 nm to 0.5 nm, it is advantageous as a functional building block.

100 ペロブスカイトナノシート
110 八面体層
120 八面体ブロック
130 カチオン
100 perovskite nanosheet 110 octahedral layer 120 octahedral block 130 cation

Claims (5)

2種以上の八面体ブロックを内包したペロブスカイトナノシートであって、
前記2種以上の八面体ブロックは、少なくとも、MO 八面体ブロック(Mは、Nbおよび/またはTaである)およびTiO 八面体ブロックの組み合わせであり、
n−1 Ti n−3 3n+1 (nは、4≦n≦6を満たす整数であり、Aは、Mg、Ca、SrおよびBaからなる群から選択される元素である)で表される、ペロブスカイトナノシート。
A perovskite nano sheet containing therein two or more octahedral block,
The two or more types of octahedral blocks are a combination of at least an MO 6 octahedral block (M is Nb and / or Ta) and a TiO 6 octahedral block,
A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 (n is an integer satisfying 4 ≦ n ≦ 6, and A is an element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr and Ba). Perovskite nanosheet represented .
前記Aは、Caおよび/またはSrである、請求項1に記載のペロブスカイトナノシート。 The perovskite nanosheet according to claim 1, wherein A is Ca and / or Sr. K[An−1Tin−33n+1]から単層剥離されている、請求項1に記載のペロブスカイトナノシート。 The perovskite nanosheet according to claim 1, wherein the perovskite nanosheet is peeled from K [A n-1 M 3 Ti n-3 O 3n + 1 ]. 請求項1〜3のいずれかに記載のペロブスカイトナノシートからなる誘電体材料。 A dielectric material comprising the perovskite nanosheet according to any one of claims 1 to 3 . 請求項1〜3のいずれかに記載のペロブスカイトナノシートからなる光触媒材料。
A photocatalytic material comprising the perovskite nanosheet according to any one of claims 1 to 3 .
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