JP6657038B2 - 複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法、複合タングステン酸化物の製造方法 - Google Patents
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Description
複合タングステン酸化物Cs0.33WO3の、酸素の一部を置換元素Mで置換して、一般式Cs0.33WMxO3−xで表される置換した複合タングステン酸化物とする場合の、複合タングステン酸化物の置換元素Mの選択方法であって、
置換元素Mにより複合タングステン酸化物を置換した際の、複合タングステン酸化物の結晶の結晶表面における、各原子の位置の変位量の最大値である、最大変位量ΔLを算出する固溶可否パラメータ算出工程と、
置換元素Mで置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEaと、置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEbとの差である、吸着エネルギー差ΔEを算出する吸着エネルギー差算出工程と、
置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面に水分子を吸着させた際の、Csの浮き上がりによる、前記結晶表面と垂直方向の前記Csの変位量Δzを算出する浮き上がり量算出工程と、
以下の式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たす場合に、置換元素Mを合格とする判定工程と、
ΔL≦1.00Å ・・・(1)
ΔE≧0.30eV・・・(2)
Δz≦0.20Å ・・・(3)
を有する複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法を提供する。
(複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法)
本実施形態ではまず、複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法の一構成例について説明する。
ΔE≧0.30eV・・・(2)
Δz≦0.20Å ・・・(3)
本発明の発明者らは第一原理計算を用い、水分子と、複合タングステン酸化物Cs0.33WO3のCsとの反応過程、および耐水性を向上させる置換元素の選択方法について検討を行った。
(固溶可否パラメータ算出工程)
固溶可否パラメータ算出工程では、置換元素Mにより複合タングステン酸化物を置換した際の、複合タングステン酸化物の結晶の結晶表面における、各原子の位置の変位量の最大値である、最大変位量ΔLを算出することができる。
(吸着エネルギー差算出工程)
吸着エネルギー差算出工程では、置換元素Mで置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEaと、置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEbとの差である、吸着エネルギー差ΔEを算出することができる。
なお、置換元素Mで置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEaを算出する場合には、E1については置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面の表面構造のエネルギーを、E3については置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面に水分子が吸着した後のエネルギーをそれぞれ用いている。
(浮き上がり量算出工程)
浮き上がり量算出工程では、置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面に水分子を吸着させた際の、Csの浮き上がりによる、結晶表面と垂直方向のCsの変位量Δzを算出することができる。
(判定工程)
判定工程では、以下の式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たす場合に、置換元素Mを合格と判定することができる。
ΔE≧0.30eV・・・(2)
Δz≦0.20Å ・・・(3)
また、判定工程では、上記式(1)、式(2)、式(3)のいずれかを満たさない場合、置換元素Mを不合格と判定することができる。
[複合タングステン酸化物の製造方法]
次に、本実施形態の複合タングステン酸化物の製造方法の一構成例について説明する。
[実施例1]
以下の手順により、置換元素Clについて評価を行った。なお、置換元素Clにより複合タングステン酸化物の酸素サイトを置換した場合、置換元素Clで置換した複合タングステン酸化物は、Cs0.33WClxO3−xで表され、該式中の置換量Xは0.5として計算を行った。置換量Xを0.5にすることで、当初のCs0.33WO3の可視光透過性及び日射遮蔽特性を維持しつつ、計算速度を速めることが可能となった。
(固溶可否パラメータ算出工程)
複合タングステン酸化物の(001)面を結晶表面(基準面)として露出された、Cs 4原子、W 12原子、O 36原子からなる表面構造を元に原子基底第一原理計算ソフトDMol3(アクセルリス株式会社製)を用いて表面構造のエネルギーを計算した。
(吸着エネルギー差算出工程)
次にDMol3を用い水分子単体のエネルギーE2を計算した。さらに、置換前、置換後の複合タングステン酸化物それぞれについて、結晶表面((001)面)の表面構造のエネルギーE1、及び結晶表面((001)面)に水分子が吸着した後のエネルギーE3を、DMol3により計算し、置換前、置換後の複合タングステン酸化物それぞれについて、E1+E2−E3を計算し、吸着エネルギーEa、Ebを算出した。
(浮き上がり量算出工程)
置換元素Clで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面((001)面)に水分子を吸着させた際の、Csの浮き上がりによる、前記結晶表面と垂直方向の前記Csの変位量Δzを算出すると、0.06Åになることが確認できた。
(判定工程)
各工程の判定ステップにおいて、以下の式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たすことが確認されたことから、置換元素Clを合格であると判定した。すなわち、複合タングステン酸化物の可視光透過性と、熱線遮蔽特性は維持したまま、耐水性を向上させることができる置換元素として置換元素Clを認定、選択した。
ΔE≧0.30eV・・・(2)
Δz≦0.20Å ・・・(3)
各工程で算出したパラメータを表1にまとめて示す。
[実施例2]
置換元素としてBrを検討した点以外は、実施例1と同様にして評価を行った。なお、置換元素Brにより複合タングステン酸化物の酸素サイトを置換した場合、置換元素Brで置換した複合タングステン酸化物は、Cs0.33WBrxO3−xで表され、該式中の置換量Xは0.5して計算を行っている。
(判定工程)
各工程の判定ステップにおいて、実施例1で示した式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たすことが確認されたことから、置換元素Brを合格であると判定した。すなわち、複合タングステン酸化物の可視光透過性と、熱線遮蔽特性は維持したまま、耐水性を向上させることができる置換元素として置換元素Brを認定、選択した。
[実施例3]
置換元素としてIを検討した点以外は、実施例1と同様にして評価を行った。なお、置換元素Iにより複合タングステン酸化物の酸素サイトを置換した場合、置換元素Iで置換した複合タングステン酸化物は、Cs0.33WIxO3−xで表され、該式中の置換量Xは0.5として計算を行っている。
(判定工程)
各工程の判定ステップにおいて、実施例1で示した式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たすことが確認されたことから、置換元素Iを合格であると判定した。すなわち、複合タングステン酸化物の可視光透過性と、熱線遮蔽特性は維持したまま、耐水性を向上させることができる置換元素として置換元素Iを認定、選択した。
[比較例1]
置換元素としてFを検討した点以外は、実施例1と同様にして評価を行った。なお、置換元素Fにより複合タングステン酸化物の酸素サイトを置換した場合、置換元素Fで置換した複合タングステン酸化物は、Cs0.33WFxO3−xで表され、該式中の置換量Xは0.5として計算を行っている。
(判定工程)
各工程の判定ステップにおいて、実施例1で示した式(2)、式(3)を満たさないことが確認されたことから、Csの浮き上がりが抑制されないことが示され、置換元素Fを不合格であると判定した。すなわち、置換元素Fは、複合タングステン酸化物の可視光透過性と、熱線遮蔽特性は維持したまま、耐水性を向上させることができないと認定した。
[比較例2]
置換元素としてBを検討した点以外は、実施例1と同様にして評価を行った。なお、置換元素Bにより複合タングステン酸化物の酸素サイトを置換した場合、置換元素Bで置換した複合タングステン酸化物は、Cs0.33WBxO3−xで表され、該式中の置換量Xは0.5として計算を行っている。
Claims (2)
- 複合タングステン酸化物Cs0.33WO3の、酸素の一部を置換元素Mで置換して、一般式Cs0.33WMxO3−xで表される置換した複合タングステン酸化物とする場合の、複合タングステン酸化物の置換元素Mの選択方法であって、
置換元素Mにより複合タングステン酸化物を置換した際の、複合タングステン酸化物の結晶の結晶表面における、各原子の位置の変位量の最大値である、最大変位量ΔLを算出する固溶可否パラメータ算出工程と、
置換元素Mで置換する前の複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEaと、置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面における水分子の吸着エネルギーEbとの差である、吸着エネルギー差ΔEを算出する吸着エネルギー差算出工程と、
置換元素Mで置換した複合タングステン酸化物の結晶表面に水分子を吸着させた際の、Csの浮き上がりによる、前記結晶表面と垂直方向の前記Csの変位量Δzを算出する浮き上がり量算出工程と、
以下の式(1)、式(2)、式(3)の全てを満たす場合に、置換元素Mを合格とする判定工程と、
ΔL≦1.00Å ・・・(1)
ΔE≧0.30eV・・・(2)
Δz≦0.20Å ・・・(3)
を有する複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法。 - 請求項1に記載の複合タングステン酸化物の置換元素の選択方法により、複合タングステン酸化物Cs0.33WO3の、酸素の一部を置換元素Mで置換して、一般式Cs0.33WMxO3−xで表される置換した複合タングステン酸化物とする場合の、置換元素Mを選択する選択工程と、
前記置換元素Mにより置換した複合タングステン酸化物を合成する合成工程と、を有する複合タングステン酸化物の製造方法。
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