KR100765115B1 - Novel metal composite oxides comprising strontium and ionic conductors using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Cryolite 격자 내 산소 결함과 금속 결함(defect)을 포함하는 것이 특징인 이온 전도체 및 상기 이온 전도체를 구비하는 전기 화학 장치를 제공한다.The present invention provides an ion conductor characterized by including oxygen defects and metal defects in the Cryolite lattice and an electrochemical device having the ion conductor.

본 발명의 금속 복합 산화물은 격자 내 존재하는 금속 이온 site의 결함(defect)에 의해 확보된 공간으로 인해 이온 전도성이 향상됨으로써, 이온 전도체 또는 이온 전도도를 필요로 하는 전기 화학 장치에 유용하게 사용될 수 있다. Since the metal complex oxide of the present invention has improved ion conductivity due to a space secured by a defect of metal ion sites present in the lattice, the metal complex oxide may be usefully used in an electrochemical device requiring an ion conductor or ion conductivity. .

스트론튬, 니오븀, 탄탈륨, 산화물, 결정 구조, 결함, 이온 전도성, 이온 전도체 Strontium, Niobium, Tantalum, Oxides, Crystal Structure, Defects, Ionic Conductivity, Ionic Conductors

Description

신규 스트론튬 함유 금속 복합 산화물 및 이를 이용한 이온 전도체{NOVEL METAL COMPOSITE OXIDES COMPRISING STRONTIUM AND IONIC CONDUCTORS USING THE SAME}New Strontium-Containing Metal Composite Oxides and Ion Conductors Using the Same

도 1은 실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 복합산화물(Sr11Ta4O21)의 X선 회절 패턴과 구조모델의 이론 패턴을 비교한 리트벨트 프로화일(Rietveld profile)이다. 1 is a Rietveld profile comparing the X-ray diffraction pattern of the strontium-tantalum-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in Example 1 with a theoretical pattern of a structural model.

도 2는 실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물(Sr11Ta4O21)을 ab-평면(001 면)으로 도시한 결정 구조도이다.FIG. 2 is a crystal structure diagram of the strontium-tantalum-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in Example 1 in an ab plane (001 plane).

도 3은 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 Sr11B4O21 (B=Ta, Nb)과 공지된 Sr 12Ta4O22의 온도에 따른 이온전도도를 나타낸 도이다. 3 is Sr 11 B 4 O 21 prepared in Examples 1 and 2 Is a diagram showing an ion conductivity according to the temperature of the known Sr 12 Ta 4 O 22, and (B = Ta, Nb).

본 발명은 이온 전도성을 나타내는 신규 금속 복합산화물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 격자 내 금속 이온 site의 결함(defect)에 의해 확보된 열린 공간으로 인해 이온 이동이 용이한 신규 금속 복합 산화물, 상기 금속 복합 산화물을 포함하는 이온 전도체 및 상기 이온 전도체를 구비한 전기 화학 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a novel metal composite oxide exhibiting ion conductivity, and more particularly, a novel metal composite oxide, which is easily ion-transferred due to an open space secured by a defect of a metal ion site in a lattice, the metal composite An ion conductor comprising an oxide and an electrochemical device having the ion conductor are provided.

이온 전도체, 특히 산소 이온 전도체는 일반적으로 전기 화학 장치, 예컨대 가스 센서, 연료전지 등의 전해질로서 매우 활발한 연구가 이루어지고 있는 고체 재료이다. Ionic conductors, in particular oxygen ion conductors, are generally solid materials that are being actively studied as electrolytes for electrochemical devices such as gas sensors, fuel cells and the like.

현재 고체 전해질형 연료 전지(solid oxide fuel cell: SOFC) 응용 분야에서는 이트리움 안정화 지르코늄(Yttrium Stabilized Zirconia, 이하 YSZ)가 고온 SOFC 전해질로는 가장 적합한 재료로 알려져 있으며, 600oC 이하의 저온용 SOFC에서는 도핑된 세리아 타입(doped Ceria-type)이 보다 적합한 것으로 알려졌다. 또한, 전해질로 YSZ가 아닌 다른 재료(doped Ceria나 La0.8Sr0.2GaO3-δ)를 사용하는 고온용 SOFC의 경우에서는 La0.9Sr0.1AlO3-δ 또는 Gd2Zr2O7 과 같은 재료가 음극의 보호층(protective layer) 재료로 사용 가능하다. 이외에, 산소 펌프(Oxygen pump)에 사용되는 이온전도체 막(membrane)은 전기 전도성과 이온 전도성이 함께 존재하여야 하므로, 전기 전도성이 거의 없는 YSZ 보다는 doped Ceria와 같은 재료의 적용이 가능하다. Current solid-electrolyte fuel cell (solid oxide fuel cell: SOFC) applications, the yttrium stabilized zirconium (Yttrium Stabilized Zirconia, hereinafter YSZ) the high temperature SOFC electrolyte is known as the most suitable material, 600 o C low temperature SOFC for the following Doped Ceria-type is known to be more suitable. In addition, in the case of high-temperature SOFC using a material other than YSZ (doped Ceria or La 0.8 Sr 0.2 GaO 3-δ ) as electrolyte, a material such as La 0.9 Sr 0.1 AlO 3-δ or Gd 2 Zr 2 O 7 It can be used as a protective layer material of the cathode. In addition, the ion conductor membrane (membrane) used in the oxygen pump (Oxygen pump) must be present with both electrical conductivity and ion conductivity, it is possible to apply a material such as doped Ceria than YSZ which has little electrical conductivity.

이와 같이 상기 재료들은 모두 잠재력을 가지고 있으나, 이들 재료를 사용하는 응용 분야에 따라 각각의 장단점을 갖고 있다. 이는 각 재료들의 결정 구조, 이온 결함 구조와 같은 고유 특성에 따라 온도에 따른 이온 전도성 및 물리화학적 특성이 다양하게 나타나기 때문이라 여겨진다. 따라서, 응용 분야에 따라 요구되는 다양한 이온 전도성을 갖는 새로운 타입의 물질을 개발함으로써, 종래 이온 전도체가 요구되는 기술분야에서 급진전할 수 있는 토대를 제공하고자 한다. As such, these materials all have potential, but each has advantages and disadvantages depending on the application of the materials. This is because the ion conductivity and physicochemical properties of the materials vary depending on the intrinsic properties such as crystal structure and ion defect structure of each material. Therefore, by developing a new type of material having a variety of ion conductivity required according to the application, it is intended to provide a foundation that can be radically advanced in the technical field that conventional ion conductor is required.

본 발명자는 스트론튬(Sr)과 니오븀(Nb) 또는 스트로튬(Sr)과 탄탈륨(Ta)을 특정 비율로 혼합하여 합성한 신규 금속 복합산화물이 기존에 알려지지 않았던 특정 금속 이온 결함(defect)을 가질 뿐만 아니라, 이러한 금속 이온의 결함으로 초래된 격자 내 공간 확보로 인해 이온 전도성이 향상된다는 것을 발견하였다. The inventors have found that a novel metal composite oxide synthesized by mixing strontium (Sr) and niobium (Nb) or strontium (Sr) and tantalum (Ta) in a specific ratio has a specific metal ion defect that is not known in the past. Rather, it was found that the ionic conductivity is improved due to the clearance in the lattice caused by the defect of the metal ions.

이에, 본 발명은 이온 전도성을 나타내는 신규 금속 복합산화물, 상기 금속 복합산화물을 포함하는 이온 전도체(ionic conductor) 및 상기 이온 전도체를 구비하는 전기 화학 장치(electrochemical device)를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel metal composite oxide exhibiting ion conductivity, an ionic conductor including the metal composite oxide, and an electrochemical device having the ion conductor.

본 발명은 Cryolite 격자 내 산소 결함과 금속 결함(defect)을 포함하는 것이 특징인 이온 전도체 및 상기 이온 전도체를 구비하는 전기 화학 장치를 제공한다.The present invention provides an ion conductor characterized by including oxygen defects and metal defects in the Cryolite lattice and an electrochemical device having the ion conductor.

또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표기 가능한 신규 스트론튬 함유 복합산화물을 제공한다.In addition, the present invention provides a novel strontium-containing composite oxide that can be represented by the following formula (1).

Sr12 - xB4O21 ±δCz (I)Sr 12 - x B 4 O 21 ± δ C z (I)

상기 식에서,Where

B는 Ta, Nb 또는 Ta 및 Nb의 조합이며; B is Ta, Nb or a combination of Ta and Nb;

C는 S 및 할로겐 원소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 음이온 또는 H+ 양이온이며;C is at least one anion or H + cation selected from the group consisting of S and a halogen element;

X는 0.8 내지 1.2 사이의 소수(0.8 ≤ x ≤ 1.2) 이며;X is a prime number between 0.8 and 1.2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2);

δ는 0 내지 3 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 3) 이며;δ is a decimal number between 0 and 3 (0 ≦ x ≦ 3);

Z는 0 내지 7 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 7) 이다.Z is a prime number between 0 and 7 (0 ≦ x ≦ 7).

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명은 격자 내 고유한(unique) 금속 이온의 결함(defect) 존재로 인해 향상된 이온 전도성을 갖는 신규 금속 복합 산화물을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by providing a novel metal composite oxide having improved ion conductivity due to the defect presence of unique metal ions in the lattice.

종래 페로브스카이트(perovskite) 관련 구조인 크리올라이트 (cryolite) 구조를 갖는 화합물 중에서, 격자 구조 내 산소 이온의 결함(defect)을 갖는 화합물들은 이미 공지되었다. 이에 비해, 본 발명의 신규 금속 복합산화물은 전술한 산소 결함(defect)을 갖는 구조에, 금속 이온의 결함(defect)이 부가(附加)된 구조적 특징을 갖는다. Among the compounds having a cryolite structure, which is a conventional perovskite related structure, compounds having defects of oxygen ions in the lattice structure are already known. In contrast, the novel metal composite oxide of the present invention has a structural feature in which a defect of metal ions is added to the structure having the above-described oxygen defect.

상기 금속 이온의 결함은 격자 구조내 추가적인 열린 공간을 확보할 수 있도록 하고, 이러한 열린 공간(open space)은 이온의 움직임을 용이하게 함으로써, 보다 향상된 이온 전도성을 부여할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 신규 금속 복합 산화물들은 향후 이온 이동에 따라 전도성을 나타내는 이온 전도체(ionic conductor)로서의 역할을 충실히 수행할 수 있다. 실제로, 본 발명의 화학식 1로 표기되는 신규 금속 복합 산화물들은 특정 금속 이온의 결함(defect)이 존재할 뿐만 아니라, 높은 산소이온 전도성을 갖는다는 것을 본원 실험예를 통해 확인할 수 있었다(도 3 참조). The defects of the metal ions allow to secure additional open spaces in the lattice structure, and such open spaces can provide more improved ion conductivity by facilitating the movement of the ions. Therefore, the novel metal composite oxides of the present invention can faithfully serve as ionic conductors that exhibit conductivity according to future ion migration. In fact, it was confirmed through the experimental example of the present invention that the novel metal composite oxides represented by the general formula (1) of the present invention not only have defects of specific metal ions, but also have high oxygen ion conductivity (see FIG. 3).

본 발명에 따른 금속 복합 산화물은 cryolite 구조를 가지면서, 산소 결함과 더불어 금속 이온의 결함(defect)이 존재하기만 하면 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는 상기 화학식 1로 표기될 수 있다. The metal composite oxide according to the present invention has a cryolite structure and is not particularly limited as long as there are defects of metal ions together with oxygen defects. Preferably it may be represented by the formula (1).

상기 화학식 1로 표기되는 금속 복합 산화물들은 종래 공지된 적이 없는 신규 스트론튬 함유 복합 산화물일 뿐만 아니라, cryolite 구조를 가지면서 상기 격자 내 산소 결함 이외에, 부가적인 금속 이온 결함이 존재하는 구조를 나타낸다. 따라서, 상술한 바와 같이 금속 결함에 기인된 격자 내 열린 공간이 확보되어 우수한 이온 전도성을 발휘할 수 있다. The metal composite oxides represented by Formula 1 are not only the novel strontium-containing composite oxides that have been known in the related art but also have a cryolite structure and a structure in which additional metal ion defects exist in addition to oxygen defects in the lattice. Therefore, as described above, the open space in the lattice due to the metal defect can be secured to exhibit excellent ion conductivity.

실제로, 상기 화학식 1의 금속 복합 산화물은 하기 표 1 (space group No. 225, Fm3m)과 같은 결정학적 위치(crystallographic coordinates)와 그 분율(site occupancy)을 만족하는 것이 바람직하다. 이때, 격자 내 위치 표시는 International tables for crystallography(Vol. A, 5th ed. Kluwer Academic Publishers, 2002)의 P.689 에 나타낸 space group No. 225 에 기초한다. 특히 분율이 작아질수록 이온 전도 채널을 가로막는 요인이 감소하여 우수한 이온 전도성을 나타낼 수 있으므로, 상기한 결정 구조를 유지한다면 분율이 작을수록 바람직하 다. In fact, the metal composite oxide of Formula 1 preferably satisfies crystallographic coordinates and site occupancy as shown in Table 1 (space group No. 225, Fm3m). At this time, the position indication in the grid is shown in space group No. P. 689 of International tables for crystallography (Vol. A, 5 th ed. Kluwer Academic Publishers, 2002). Based on 225. In particular, the smaller the fraction, the less the factor blocking the ion conducting channel can be exhibited excellent ion conductivity, the smaller the fraction is preferable if the above-described crystal structure is maintained.

양이온의 위치 (X, Y, Z)Position of cation (X, Y, Z) 분율 (O)Fraction (O) 8c (1/4, 1/4, 1/4)8c (1/4, 1/4, 1/4) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 4b (1/2, 1/2, 1/2) 4b (1/2, 1/2, 1/2) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 4a (0, 0, 0)4a (0, 0, 0) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 24e (x, 0, 0), 0.20 ≤ x ≤0.3024e (x, 0, 0), 0.20 ≤ x ≤ 0.30 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1

전술한 화학식 1로 표기되는 금속 복합산화물 중에서, C는 H+ 양이온(proton)인 것이 바람직하다. 이는 수분이 있는 분위기에서 수분(H2O) 흡수에 의해 격자 내 존재하게 되는 수소 이온(H+, proton)이 전술한 금속 이온 결함(defect)으로 인해 확보된 열린 공간을 통해 용이하게 이동함으로써 프로톤 이온 전도체로서 사용될 수 있기 때문이다. Among the metal composite oxides represented by Formula 1, C is preferably H + cation. This is because hydrogen ions (H + , protons), which are present in the lattice by absorption of moisture (H 2 O) in a moist atmosphere, are easily moved through the open space secured by the above-described metal ion defects. This is because it can be used as an ion conductor.

실제로, 종래 산소 이온 전도성을 갖는 다수의 페로브스카이트 관련 산화물은 수분을 포함한 분위기 하에서 일반적으로 수소이온 전도성을 동시에 갖는 것으로 알려져 있다(T. Norby, Solid State Ionics, 125 (1999) 1-11; I. Animitsa, T. Norby, S. Marion, R. Glockner, A. Neiman, Solid State Ionics, 145, (2001) 357-364). 따라서 상기와 같이 금속 복합산화물 내 특정 금속 이온 결함이 존재하고, 이러한 금속 결함에 의해 확보된 공간을 통해 산소 이온 전도성을 보인 본 발명의 금속 복합 산화물들은 전술한 공간을 통해 수소 이온(proton)의 이동 역시 용이하게 이루어질 것으로 판단되므로, 산소 이온 전도성 뿐만 아니라 수소 이온 전도성을 동시에 나타낼 수 있다는 것을 예측할 수 있다.Indeed, many perovskite-related oxides having conventional oxygen ion conductivity are generally known to simultaneously have hydrogen ion conductivity under an atmosphere containing moisture (T. Norby, Solid State Ionics, 125 (1999) 1-11; I. Animitsa, T. Norby, S. Marion, R. Glockner, A. Neiman, Solid State Ionics, 145, (2001) 357-364). Therefore, as described above, specific metal ion defects in the metal composite oxide exist, and the metal complex oxides of the present invention, which exhibit oxygen ion conductivity through the space secured by the metal defect, move hydrogen protons through the aforementioned space. Also, since it will be easily determined, it can be predicted that not only oxygen ion conductivity but also hydrogen ion conductivity can be simultaneously exhibited.

상기 화학식 1로 표기되는 금속 복합 산화물의 결정계는 큐빅(cubic)일 수 있으며, 또한 이의 격자 상수는 8.327±0.5Å, 공간군(space group)은 fm-3m(No. 225)일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표기되는 금속 복합 산화물의 비제한적인 예로는 Sr11Ta4O21 또는 Sr11Nb4O21 등이 있다. The crystal system of the metal composite oxide represented by Chemical Formula 1 may be cubic, its lattice constant may be 8.327 ± 0.5 Å, and the space group may be fm-3m (No. 225). Further, non-limiting examples of the metal composite oxide represented by Chemical Formula 1 include Sr 11 Ta 4 O 21 or Sr 11 Nb 4 O 21 .

전술한 화학식 1의 화합물 또는 이들의 유도체 이외에, 전술한 구조적 특징을 보유하여 이온 전도성을 발휘할 수 있는 화합물 역시 본 발명의 범주에 속한다.In addition to the above-described compounds of formula (1) or derivatives thereof, compounds which possess the above-mentioned structural characteristics and can exhibit ion conductivity are also within the scope of the present invention.

본 발명의 신규 금속 복합산화물은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 이의 바람직한 일 실시예를 들면, 상기 화학식 1에 기재된 원소(예컨대, (a) Sr; (b) Nb, Ta 또는 이들의 조합 등)를 단독 또는 1종 이상 함유하는 전구체 화합물들을 각각 적절한 몰비로 혼합한 후, 700 내지 1700℃의 온도에서 소성하고 이후 냉각함으로써 제조될 수 있다.The novel metal composite oxide of the present invention can be prepared according to conventional methods known in the art. For one preferred embodiment thereof, precursor compounds containing only one or more of the elements (e.g., (a) Sr; (b) Nb, Ta, or a combination thereof, etc.) described in Chemical Formula 1 are mixed in appropriate molar ratios, respectively. It may then be prepared by firing at a temperature of 700 to 1700 ° C. and then cooling.

상기 화학식 1의 전구체 화합물로는 Sr; 및 Nb 및/또는 Ta 등을 단독 또는 1종 이상 포함하는 모든 형태의 염(salt)을 사용할 수 있다. 또한, 각 원소를 포함하는 전구체 화합물들은 최종 제조물에 따라 다양한 몰비로 혼합될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. As the precursor compound of Formula 1 Sr; And all types of salts including Nb and / or Ta alone or one or more. In addition, the precursor compounds containing each element may be mixed in various molar ratios depending on the final product, and are not particularly limited.

혼합된 혼합물은 700℃ 이상의 온도에서 소성하게 되는데, 이때 소성 온도 및 소성시간으로는 700 내지 1700℃ 및 5 내지 72시간이 바람직하다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. The mixed mixture is calcined at a temperature of 700 ° C. or higher, wherein the firing temperature and firing time are preferably 700 to 1700 ° C. and 5 to 72 hours. However, it is not limited thereto.

본 발명의 소성 방법은 당 분야의 통상적인 소성법을 사용할 수 있으며, 일례로 하기의 2가지의 방법을 들 수 있다. 첫째는 혼합물을 펠렛(pellet)형으로 만들어 소성시키는 것이며, 두번째는 혼합물 자체를 소성시키는 것이다. 상기 2가지의 소성 방법은 합성상의 편의성 도모에 의한 것이며, 소성법 종류에 따른 특별한 제한은 없다.The baking method of this invention can use the baking method conventional in the art, and the following two methods are mentioned as an example. The first is to fire the mixture into pellets, and the second is to fire the mixture itself. The two firing methods are based on the convenience of synthesis, and there is no particular limitation according to the kind of firing method.

이와 같이 소성된 화합물은 상온으로 냉각시킴으로써 본 발명에 따른 신규 단일상(single phase) 금속 복합 산화물, 예컨대 화학식 1의 스트론튬 함유 복합 산화물 또는 이의 유도체 화합물을 수득할 수 있다. 이때 냉각은 상온에서 진행할 수 있으며, 또한 액체 질소 또는 상온의 물을 사용하여 단시간에 냉각시킬 수도 있다. The calcined compound can be cooled to room temperature to obtain a novel single phase metal complex oxide, such as a strontium-containing complex oxide of Formula 1 or a derivative thereof. At this time, the cooling may proceed at room temperature, and may also be cooled in a short time using liquid nitrogen or water at room temperature.

본 발명은 전술한 신규 결정구조를 갖는 금속 복합산화물을 포함하는 이온 전도체(ionic conductor), 바람직하게는 산소 또는 proton에 선택적인 이온 전도체를 제공한다.The present invention provides an ionic conductor, preferably an oxygen or proton, which is selective to a metal complex oxide having the above-described novel crystal structure.

여기서, 이온 전도체는 이온의 이동 및 전달에 따라 전도성(conductivity)을 나타내는 재료로서, 대부분이 하나의 성분을 선택적으로 투과하는 분리 인자를 포함하는 막(membrane) 형태로 사용된다. Here, the ion conductor is a material exhibiting conductivity according to the movement and transfer of ions, and most of them are used in the form of a membrane including a separation factor that selectively permeates one component.

본 발명의 이온 전도체는 당 기술 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 이의 바람직한 일례를 들면, 전기장의 인가를 위하여 전도성 전극 상에 코팅함으로써 제조될 수 있다. 이때 본 발명의 금속 복합산화물은 이온 전도체로서 단독 사용 가능하며, 또는 이용 목적에 따라 당 업계에 알려진 통상적인 다른 재료와 혼용할 수 있다. The ion conductors of the present invention can be prepared by conventional methods known in the art and, for example, by preferred coatings on conductive electrodes for application of an electric field. In this case, the metal composite oxide of the present invention may be used alone as an ion conductor, or may be mixed with other conventional materials known in the art depending on the purpose of use.

추가적으로, 본 발명은 전술한 신규 금속 복합산화물을 이온 전도체로 구비하는 전기 화학 장치(electrochemical device)를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrochemical device comprising the aforementioned novel metal composite oxide as an ion conductor.

상기 전기 화학 장치는 전기 화학 반응을 하는 모든 장치를 포함하며, 이의 비제한적인 예로는 산소 프로브(probe), 연료 전지(fuel cell), 화학막 반응기(chemical membrane reactor), 산소 분리막(oxygen separation membrane), 산소 펌프 (oxygen pump), 수소 분리막 (hydrogen separation membrane), 수소 펌프 (hydrogen pump), 수소 가스 센서(Hydrogen gas sensor), 스팀 센서(steam sensor), 탄화수소 센서(hydrocarbon sensor), 수소 추출(hydrogen extraction), 수소 압력 조절기(hydrogen pressure controller), isotope enrichment, tritium technology, steam electrolysis, H2S electrolysis, HCl electrolysis, hydrogenation of hydrocarbon, dehydrognation, NH3 formation, 전기 화학 전지(electrochemical cell), 전기 변색 소자(electrochromic device), 가스 센서 또는 Nox 트랩 등이 있다. The electrochemical device includes all devices that undergo an electrochemical reaction, and non-limiting examples thereof include an oxygen probe, a fuel cell, a chemical membrane reactor, and an oxygen separation membrane. ), Oxygen pump, hydrogen separation membrane, hydrogen pump, hydrogen gas sensor, steam sensor, hydrocarbon sensor, hydrogen extraction ( hydrogen extraction, hydrogen pressure controller, isotope enrichment, tritium technology, steam electrolysis, H 2 S electrolysis, HCl electrolysis, hydrogenation of hydrocarbon, dehydrognation, NH 3 formation, electrochemical cell, electrochromic Electrochromic devices, gas sensors or No x traps.

상기 전기 화학 장치에 포함된 본 발명의 신규 금속 복합산화물, 예컨대 스트론튬-니오븀(탄탈륨) 산화물 및 이의 유도체는 산소 또는 프로톤(proton) 이온 전도체 역할을 수행하게 되는데, 일례를 들면, 다공질 필터(filter)에 의한 전기 화학적 여과, 가스 상태 유출물의 전기 화학 처리 또는 불균일 촉매 작용 등의 모든 용도에 적용될 수 있다. 또한 탄화수소의 산화를 제어하기 위한 반응기의 화학막 반응 또는 산소 분리막에 편입하여 사용하거나, 수소를 연료로 하는 연료 전지의 전해질로서 사용될 수 있다.The novel metal composite oxides of the present invention, such as strontium-niobium (tantalum) oxides and derivatives thereof, contained in the electrochemical device serve as oxygen or proton ion conductors, for example, porous filters. Electrochemical filtration by, electrochemical treatment of gaseous effluents or heterogeneous catalysis, etc. It may also be incorporated into chemical membrane reactions or oxygen separation membranes in reactors for controlling oxidation of hydrocarbons, or may be used as electrolytes in fuel cells fueled with hydrogen.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

탄산스트론튬(SrCO3) 및 산화탄탈륨(Ta2O5) 화합물을 각각 11 : 4의 금속 몰비로 칭량하여 혼합한 후, 1000℃의 온도에서 48시간 동안 가열하였다. 이후 상온으로 냉각 및 재혼합하여 powder 상태로 또는 펠렛을 만들어 공기 중에서 1150℃의 온도로 48시간 동안 가열하였다. 이후 냉각시켜 Sr11Ta4O21 화합물 합성을 완료하였다.Strontium carbonate (SrCO 3 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) compounds were weighed and mixed in a metal molar ratio of 11: 4, respectively, and then heated at a temperature of 1000 ° C. for 48 hours. After cooling and remixed to room temperature to form a powder or pellets were heated for 48 hours at a temperature of 1150 ℃ in air. After cooling, the synthesis of Sr 11 Ta 4 O 21 compound was completed.

실시예 2 Example 2

산화탄탈륨(Ta2O5) 대신 산화나이오븀(Nb2O5) 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 Sr11Nb4O21 화합물을 제조하였다. A Sr 11 Nb 4 O 21 compound was prepared in the same manner as in Example 1, except that a niobium oxide (Nb 2 O 5 ) compound was used instead of tantalum oxide (Ta 2 O 5 ).

비교예 1 Comparative Example 1

탄산스트론튬(SrCO3) 및 산화탄탈륨(Ta2O5) 화합물의 금속 몰비를 11 : 4 대신 12:4로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 Sr12Nb4O22 화합물을 제조하였다.Sr 12 Nb 4 O was carried out in the same manner as in Example 1, except that the metal molar ratio of the strontium carbonate (SrCO 3 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) compounds was changed to 12: 4 instead of 11: 4. 22 compound was prepared.

실험예 1. 금속 복합산화물의 화학 조성 분석(ICP-AES)Experimental Example 1. Analysis of chemical composition of metal composite oxide (ICP-AES)

본 발명에 따른 금속 복합산화물의 화학조성을 분석하고자 하기와 같이 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscope)를 실시하였다.Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscope (ICP-AES) was performed to analyze the chemical composition of the metal composite oxide according to the present invention.

시료로는 실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 산화물 및 실시예 2에서 제조된 스트론튬-니오븀 함유 산화물을 사용하였다. 각 시료를 분쇄하여 유리 바이알에 넣고 진한 질산을 사용하여 용해하였으며, 과산화수소로 시료를 완전히 분해시켰다. 3가지의 다른 부피로 희석하여 ICP-AES(GDC Integra XMP)를 이용하여 표준방법으로 원소 분석하였다. As the sample, the strontium-tantalum-containing oxide prepared in Example 1 and the strontium-niobium-containing oxide prepared in Example 2 were used. Each sample was ground, put into a glass vial and dissolved using concentrated nitric acid, and the sample was completely decomposed with hydrogen peroxide. Dilutions were carried out in three different volumes and elemental analysis was performed using standard ICP-AES (GDC Integra XMP).

ICP 원소분석을 실시한 결과, 실시예 1의 금속 복합산화물에서 스트론튬과 탄탈륨의 몰비율이 11.00 : 4.00 (±0.02)임을 알아냈으며, 산소는 금속의 산화수와 상기한 비율로부터 계산하여 21임을 알아내었다. 이를 통해 실시예 1의 스트론튬-탄탈륨 산화물의 화학식이 Sr11Ta4O21임을 확인하였다. 이와 마찬가지로, 실시예 2의 금속 복합산화물에서 스트론튬, 니오븀 및 산소 역시 동일한 몰 비율을 가짐을 확인할 수 있었다.As a result of performing ICP element analysis, it was found that the molar ratio of strontium and tantalum in the metal composite oxide of Example 1 was 11.00: 4.00 (± 0.02), and oxygen was 21 calculated from the oxidation number of the metal and the above ratio. This confirmed that the chemical formula of the strontium-tantalum oxide of Example 1 is Sr 11 Ta 4 O 21 . Similarly, in the metal composite oxide of Example 2, it was confirmed that strontium, niobium and oxygen also have the same molar ratio.

실험예 2. 금속 복합산화물의 결정 구조 분석Experimental Example 2 Analysis of Crystal Structure of Metal Complex Oxide

본 발명의 금속 복합산화물에 대한 결정학적 구조를 분석하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to analyze the crystallographic structure of the metal composite oxide of the present invention, the following experiment was conducted.

2-1. X선 회절 패턴(XRDP)을 이용한 결정 구조 분석 2-1. Crystal structure analysis using X-ray diffraction pattern (XRDP)

회절 분석의 시료로는 실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물(Sr11Ta4O21)을 사용하였다. 상기 시료를 각각 잘 분쇄하여 X선 분말 회절용 샘플 홀더에 충전하였으며, Bruker D8-Advance XRD를 사용하였고, X-선은 CuKα1 (λ=1.5405Å), 인가 전압 40KV, 인가 전류 50mV로, 0.02°스텝으로 스캔하여 측정하였다. As a sample of the diffraction analysis, the strontium-tantalum-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in Example 1 was used. Each sample was pulverized well and filled into a sample holder for X-ray powder diffraction, and Bruker D8-Advance XRD was used. The X-ray was 0.02 with CuKα 1 (λ = 1.5405 kV), an applied voltage of 40 KV and an applied current of 50 mV. It measured by scanning in ° steps.

실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물(Sr11Ta4O21)의 X선 회절 패턴(X-ray Diffraction Patterns: XRDP)도를 살펴본 결과, 이 XRDP의 피크 위치들로부터 8.327±0.5Å의 격자상수를 얻었으며, 모든 피크들을 인덱싱(indexing)하고 extinction rule을 살펴봄으로써 공간군 Fm-3m(no. 225)을 결정하였다(표 2 및 도 1 참조). 또한, XRDP상의 모든 피크들이 인덱싱되는 것으로 보아, 실시예 1의 스트론튬-탄탈륨 산화물은 불순물이 없는 순수한 단일상임을 확인할 수 있었다. The X-ray diffraction patterns (XRDP) of the strontium-tantalum-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in Example 1 were examined, and found to be 8.327 ± 0.5 Hz from the peak positions of the XRDP. The lattice constant of was obtained, and the space group Fm-3m (no. 225) was determined by indexing all peaks and examining the extinction rule (see Table 2 and FIG. 1). In addition, all peaks of the XRDP phase were indexed, and it was confirmed that the strontium-tantalum oxide of Example 1 was a pure single phase without impurities.

화학식Chemical formula 공간군Space 격자상수 (Å)Lattice constant 실시예 1Example 1 Sr11Ta4O21 Sr 11 Ta 4 O 21 Fm-3mFm-3m a= 8.327(5)a = 8.327 (5) 실시예 2Example 2 Sr11Nb4O21 Sr 11 Nb 4 O 21 Fm-3mFm-3m a= 8.338(5)a = 8.338 (5)

2-2. 구조 모델 설정 및 Rietveld refinement 분석결과 2-2. Structural model setup and Rietveld refinement analysis

본 발명에 따른 금속 복합 산화물의 결정구조를 알아내기 위해서, 상기 실험예 2-1에서 수행한 피크들을 GSAS (A.C. Larson and R.B. Von Dreele, "General Structure Analysis System," Report no. LAUR086-748, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545.) 프로그램을 사용하여 분석하였다. 이상적인 Cryolite 결정구조를 초기모델로 삼았고, 산소이온의 x 좌표, 양이온의 분율, temperature factors를 변수로 놓고 XRD pattern의 Rietveld refinement를 수행하였다. 수행한 결과, 본 발명자가 설정한 구조모델의 신뢰도는 Rw=8.0%를 나타냈으며, 최종적으로 분석된 결정학적 데이터(crystallographic data)는 하기 표 3과 같다. In order to find out the crystal structure of the metal composite oxide according to the present invention, the peaks carried out in Experimental Example 2-1 were measured using GSAS (AC Larson and RB Von Dreele, "General Structure Analysis System," Report no. LAUR086-748, Los. Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545.) program. The initial Cryolite crystal structure was used as the initial model, and the Rietveld refinement of the XRD pattern was performed with the x coordinate of oxygen ion, the cation fraction, and the temperature factors as variables. As a result, the reliability of the structural model set by the present inventors represented R w = 8.0%, and the finally analyzed crystallographic data is shown in Table 3 below.

또한, 도 1은 리트벨트 프로파일을 나타내는 것으로서, 모든 범위에서 일치함을 확인할 수 있었다. 즉, 리트벨트 프로파일 중 브래그(Bragg) 포지션 하에 나타나는 편차 피크(difference peak)는 측정 전 구간에 걸쳐서 측정치 피크와 구조모델의 시뮬레이션 피크가 일치함을 나타냈는데, 이는 구조모델 설정에 의한 하기 표 3의 결정구조 해석이 올바르다는 것 뿐만 아니라 본 발명의 금속 복합산화물, 예컨대 스트론튬-탄탈륨 함유 복합산화물이 단일상임을 증명하는 것이다.In addition, Figure 1 shows a Rietveld profile, it was confirmed that the agreement in all ranges. In other words, the difference peak under the Bragg position of the Rietveld profile indicates that the measured peak and the simulation peak of the structural model coincide over the entire measurement interval. Not only is the crystal structure analysis correct, but the metal composite oxides of the present invention, such as strontium-tantalum containing composite oxides, prove that they are single phase.

이때, 특이한 점으로는 종래 cryolite 구조로 공지된스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물인 Sr12Ta4O22 (= Sr6Ta2O11)에서 Sr1과 Sr2 site의 분율은 각각 1이고, 산소의 분율 만이 1 이하로 알려진 반면(Soild State Ionics, 156 (2003) 95-102), 본 발명에서 제조된 스트론튬-탄탄륨 함유 복합 산화물(Sr11Ta4O21)은 하기 표 3에 기재된 바와 같이 산소 뿐만 아니라 Sr1 및 Sr2의 site 분율이 모두 1 보다 작은 값을 나타냈다. 특히 Sr2의 site 분율값이 보다 작은 수치를 나타냈다(표 3 참조). 참고로, 분율(occupancy)이 1 보다 작다는 것은 금속 이온의 결함(defect)이 존재한다는 것을 의미하므로, 본 발명의 금속 복합 산화물은 격자 구조 내 금속 이온의 결함(defect)이 존재한다는 것을 알 수 있었다. In this case, the fraction of Sr1 and Sr2 sites in Sr 12 Ta 4 O 22 (= Sr 6 Ta 2 O 11 ), which is a strontium-tantalum-containing complex oxide known as a cryolite structure, is 1, respectively, and only the fraction of oxygen 1 or less (Soild State Ionics, 156 (2003) 95-102), the strontium-tantanium-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in the present invention is not only oxygen, but also as described in Table 3 below The site fractions of Sr1 and Sr2 were both less than 1. In particular, the site fraction of Sr2 showed a smaller value (see Table 3). For reference, since an occupancy of less than 1 means that there is a defect of metal ions, the metal complex oxide of the present invention shows that there is a defect of metal ions in the lattice structure. there was.

AtomAtom SiteSite XX yy zz Occup.Occup. Uiso a U iso a Sr1Sr1 8c8c 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.965(4)0.965 (4) 0.0475(7)0.0475 (7) Sr2Sr2 4b4b 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.820(7)0.820 (7) 0.0475(7)0.0475 (7) TaTa 4a4a 00 00 00 1One 0.0475(7)0.0475 (7) OO 24e24e 0.2693(29)0.2693 (29) 00 00 0.8750.875 0.0475(7)0.0475 (7)

한편, 도 2는 실시예 1에서 제조된 Sr11Ta4O21의 격자 구조에서 ab-평면 (001면)을 나타낸 것으로서, 이 격자 구조 내 Sr(1), Sr(2), TaO6 팔면체들의 위치를 상세히 알 수 있었다. 이때, Sr(1)은 산소의 12 배위를 갖는 site이고, Sr(2)는 산소 6배위를 갖는 site이다. 본 발명에 따른 금속 복합산화물은 전술한 Sr(1)과 Sr(2) 자리에 금속 결함과 산소 자리에선 산소 이온의 결함이 존재하는 구조적 특징을 갖는다는 것을 알 수 있다. On the other hand, Figure 2 shows the ab-plane (001 plane) in the lattice structure of Sr 11 Ta 4 O 21 prepared in Example 1, Sr (1), Sr (2), TaO 6 octahedron of the lattice structure The location was detailed. At this time, Sr (1) is a site having 12 coordination of oxygen, and Sr (2) is a site having 6 coordination of oxygen. It can be seen that the metal composite oxide according to the present invention has a structural feature in which metal defects are present at Sr (1) and Sr (2) sites and oxygen ion defects are located at oxygen sites.

실험예 3. 산소 이온 전도도 평가Experimental Example 3. Evaluation of Oxygen Ionic Conductivity

본 발명에 따라 제조된 금속 복합산화물의 이온 전도도를 평가하기 위하여, 하기와 같은 실험을 실시하였다.In order to evaluate the ionic conductivity of the metal composite oxide prepared according to the present invention, the following experiment was performed.

시료로는 실시예 1에서 제조된 스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물(Sr11Ta4O21),실시예 2의 스트론튬-니오븀 함유 복합 산화물(Sr11Nb4O21)을 사용하였으며, 대조군으로 종래 공지된 비교예 1의 스트론튬-탄탈륨 함유 복합 산화물(Sr12Ta4O22)을 각각 사용하였다.As a sample, the strontium-tantalum-containing composite oxide (Sr 11 Ta 4 O 21 ) prepared in Example 1 and the strontium-niobium-containing composite oxide (Sr 11 Nb 4 O 21 ) of Example 2 were used. The strontium-tantalum containing complex oxide (Sr 12 Ta 4 O 22 ) of Comparative Example 1 was used, respectively.

상기 시료들의 이온 전도성은 0.1Hz 내지 32MHz 주파수 범위에서 복합 임피던스 분광기(complex impedance spectroscopy)로 측정하였다. 이때 열 안정화 후 수분이 제거된 공기하에서 약 100mV의 전위로 1시간 정도 실시하였다. The ion conductivity of the samples was measured by complex impedance spectroscopy in the 0.1 Hz to 32 MHz frequency range. At this time, the thermal stabilization was performed for about 1 hour at a potential of about 100 mV under air from which moisture was removed.

실험 결과, 본 발명에 따른 금속 복합산화물은 종래 금속 결함(defect)이 없는 것으로 알려진 대조군인 스트론튬-탄탈륨(Sr12Ta4O22) 보다 온도에 따른 우수한 이온 전도도를 갖는다는 것을 확인할 수 있었다(도 3 참조). 이는 결정 구조 내 금속 이온 결함(defect)을 통해 확보된 격자 내부 공간으로 인해 이온 전도성이 높아진 것으로 해석된다. 이에 따라 본 발명의 금속 복합 산화물은 향후 이온 전도체로 유용하게 사용될 수 있다는 것을 예측할 수 있었다. As a result, it was confirmed that the metal composite oxide according to the present invention had better ionic conductivity with temperature than strontium-tantalum (Sr 12 Ta 4 O 22 ), which is a control group known to be free of metal defects. 3). It is interpreted that the ion conductivity is increased due to the lattice internal space secured by the metal ion defect in the crystal structure. Accordingly, it could be predicted that the metal complex oxide of the present invention may be usefully used as an ion conductor in the future.

본 발명의 금속 복합 산화물은 격자 내 금속 이온 site의 결함(defect)에 의해도모된 격자 내 공간 확보로 인해 이온 전도성이 향상됨으로써, 이온 전도체 또는 이온 전도도를 필요로 하는 전기 화학 장치에 유용하게 사용될 수 있다. The metal complex oxide of the present invention can be usefully used in electrochemical devices requiring ion conductors or ion conductivity by improving ion conductivity due to the space in the lattice, which is facilitated by defects of metal ion sites in the lattice. have.

Claims (11)

Cryolite 격자 내 산소 결함과 금속 결함(defect)을 동시에 포함하는 이온 전도체로서, 상기 이온 전도체는 하기 표 1(space group No. 225, Fm3m) 의 결정학적 위치(crystallographic coordinates)와 그 분율(site occupancy)을 만족하는 것이 특징인 이온 전도체(여기서, 격자 내 위치 표시는 International tables for crystallography(Vol. A, 5th ed. Kluwer Academic Publishers, 2002)의 P.689에 나타낸 space group No. 225 에 기초하였음).An ion conductor comprising both oxygen defects and metal defects in a cryolite lattice, wherein the ion conductors have crystallographic coordinates and site occupancy in Table 1 (space group No. 225, Fm3m). Ion conductors characterized by the fact that the position within the lattice is based on the space group No. 225 shown in P. 689 of International tables for crystallography (Vol. A, 5 th ed. Kluwer Academic Publishers, 2002). . [표 1]TABLE 1 양이온의 위치 (X, Y, Z)Position of cation (X, Y, Z) 분율 (O)Fraction (O) 8c (1/4, 1/4, 1/4)8c (1/4, 1/4, 1/4) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 4b (1/2, 1/2, 1/2) 4b (1/2, 1/2, 1/2) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 4a (0, 0, 0)4a (0, 0, 0) 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1 24e (x, 0, 0), 0.20 ≤x ≤0.3024e (x, 0, 0), 0.20 ≤ x ≤ 0.30 0 < O ≤ 10 <O ≤ 1
제 1항에 있어서, 상기 이온 전도체는 금속 결함으로 확보된 격자 내부 공간을 통해 이온의 이동 및 전달이 도모되는 것이 특징인 이온 전도체.The ion conductor of claim 1, wherein the ion conductor is configured to move and transfer ions through a lattice internal space secured by a metal defect. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 이온 전도체는 하기 화학식 1로 표기되는 것이 특징인 이온 전도체:The ion conductor according to claim 1, wherein the ion conductor is represented by the following Chemical Formula 1: [화학식 1][Formula 1] Sr12-xB4O21±δCz (I)Sr 12-x B 4 O 21 ± δ C z (I) 상기 식에서,Where B는 Ta, Nb 또는 Ta 및 Nb의 조합이며;B is Ta, Nb or a combination of Ta and Nb; C는 S 및 할로겐 원소로 구성된 군으로부터 선택된 음이온 또는 H+ 양이온이며;C is an anion or H + cation selected from the group consisting of S and a halogen element; X는 0.8 내지 1.2 사이의 소수(0.8 ≤ x ≤ 1.2) 이며;X is a prime number between 0.8 and 1.2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2); δ는 0 내지 3 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 3) 이며;δ is a decimal number between 0 and 3 (0 ≦ x ≦ 3); Z는 0 내지 7 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 7) 이다.Z is a prime number between 0 and 7 (0 ≦ x ≦ 7). 제 1항에 있어서, 상기 이온 전도체는 산소 또는 프로톤(H+)에 선택적인 이온 전도체.The ion conductor of claim 1, wherein the ion conductor is selective to oxygen or proton (H + ). 제1항~제2항, 제4항~제5항 중 어느 한 항의 이온 전도체를 구비하는 전기 화학 장치.The electrochemical apparatus provided with the ion conductor of any one of Claims 1-2. 제 6항에 있어서, 상기 전기 화학 장치는 산소 프로브(probe), 연료 전지(fuel cell), 화학막 반응기(chemical membrane reactor), 산소 분리막(oxygen separation membrane), 산소 펌프 (oxygen pump), 수소 분리막 (hydrogen separation membrane), 수소 펌프 (hydrogen pump), 수소 가스 센서(Hydrogen gas sensor), 스팀 센서(steam sensor), 탄화수소 센서(hydrocarbon sensor), 수소 추출(hydrogen extraction), 수소 압력 조절기(hydrogen pressure controller), isotope enrichment, tritium technology, steam electrolysis, H2S electrolysis, HCl electrolysis, hydrogenation of hydrocarbon, dehydrognation, NH3 formation, 전기 화학 전지(electrochemical cell), 전기 변색 소자(electrochromic device), 가스 센서 또는 Nox 트랩인 장치. The method of claim 6, wherein the electrochemical device is an oxygen probe, a fuel cell, a chemical membrane reactor, an oxygen separation membrane, an oxygen pump, a hydrogen separation membrane. (hydrogen separation membrane), hydrogen pump, hydrogen gas sensor, steam sensor, hydrocarbon sensor, hydrogen extraction, hydrogen pressure controller ), isotope enrichment, tritium technology, steam electrolysis, H 2 S electrolysis, HCl electrolysis, hydrogenation of hydrocarbon, dehydrognation, NH 3 formation, electrochemical cell, electrochromic device, gas sensor or No x Trap-in device. 하기 화학식 1로 표기되는 금속 복합 산화물:A metal composite oxide represented by Formula 1 below: [화학식 1][Formula 1] Sr12-xB4O21±δCz (I)Sr 12-x B 4 O 21 ± δ C z (I) 상기 식에서,Where B는 Ta, Nb 또는 Ta 및 Nb의 조합이며;B is Ta, Nb or a combination of Ta and Nb; C는 S 및 할로겐 원소로 구성된 군으로부터 선택된 음이온 또는 H+ 양이온이며;C is an anion or H + cation selected from the group consisting of S and a halogen element; X는 0.8 내지 1.2 사이의 소수(0.8 ≤ x ≤ 1.2) 이며;X is a prime number between 0.8 and 1.2 (0.8 ≦ x ≦ 1.2); δ는 0 내지 3 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 3) 이며;δ is a decimal number between 0 and 3 (0 ≦ x ≦ 3); Z는 0 내지 7 사이의 소수(0 ≤ x ≤ 7) 이다.Z is a prime number between 0 and 7 (0 ≦ x ≦ 7). 제 8항에 있어서, 상기 금속 복합 산화물의 결정계는 큐빅(cubic)인 산화물. The oxide of claim 8, wherein the crystal system of the metal composite oxide is cubic. 제 8항에 있어서, 상기 금속 복합 산화물의 공간군(space group)은 fm-3m(No. 225)이며, 격자 상수는 8.327±0.5Å인 산화물.The oxide of claim 8, wherein a space group of the metal composite oxide is fm-3m (No. 225), and a lattice constant is 8.327 ± 0.5 μs. 제 8항에 있어서, 상기 금속 복합 산화물은 Sr11Ta4O21 또는 Sr11Nb4O21인 산화물.The oxide of claim 8, wherein the metal complex oxide is Sr 11 Ta 4 O 21 or Sr 11 Nb 4 O 21 .
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