JP2010131588A - Exhaust gas treatment catalyst and method of selecting the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス処理触媒およびその選定方法に関し、特にディーゼルエンジンなどから排出される排ガスの処理に用いて好適な排ガス処理触媒およびその選定方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment catalyst and a selection method thereof, and particularly to an exhaust gas treatment catalyst suitable for treatment of exhaust gas discharged from a diesel engine or the like and a selection method thereof.
ディーゼルエンジンなどから排出される排ガスには微粒子状物質(PM)が含まれており、この微粒子状物質を除去する方法としてディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が利用されている。このDPFでは、排ガス中のPMを捕捉し、捕捉したPMを燃焼除去している。このようなPMの燃焼を促進する触媒として、白金を基材に担持させた触媒(以下、白金系触媒と称す)が種々開発されている。しかし、白金自体が高価であり、この白金の担持量に比例して触媒の製造コストを増加させている。そのため、白金の担持量を低減した触媒や、白金の代替材料を基材に担持した白金代替触媒に関する研究開発が種々行われている。 Exhaust gas discharged from a diesel engine or the like contains particulate matter (PM), and a diesel particulate filter (DPF) is used as a method for removing the particulate matter. In this DPF, PM in exhaust gas is captured, and the captured PM is burned and removed. As a catalyst for promoting the combustion of PM, various catalysts having platinum supported on a base material (hereinafter referred to as a platinum-based catalyst) have been developed. However, platinum itself is expensive, and the production cost of the catalyst is increased in proportion to the amount of platinum supported. For this reason, various research and developments have been conducted on catalysts with reduced platinum loading and platinum substitute catalysts in which a platinum substitute material is carried on a substrate.
上述した白金代替触媒として、例えば、特許文献1には、La2CuO4などの複合酸化物を含有する排ガス処理触媒が提案されている。
As the platinum substitute catalyst described above, for example,
上述した複合酸化物を含む排ガス処理触媒にて微粒子状物質の燃焼を促進して微粒子状物質の燃焼開始温度を低くしているものの、上述した白金系触媒と同等またはそれ以上の触媒能を発現することが望まれていた。 Although the exhaust gas treatment catalyst containing the composite oxide promotes the combustion of particulate matter to lower the combustion start temperature of the particulate matter, it exhibits catalytic performance equivalent to or higher than the platinum-based catalyst described above. It was hoped to do.
また、上述した複合酸化物を含む排ガス処理触媒の開発にあたって、目的とする触媒作用(微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等の温度にする、またはそれよりも低い温度にする触媒能)を発現する可能性があると予想される物質を選考し、選考した物質の触媒作用を実験により確認する手法が一般的に用いられている。このような手法では、上述した物質の選考が経験に依存しており、また、選考した物質であっても触媒作用を十分に発現しない場合があり、多大な労力を要していた。 In developing an exhaust gas treatment catalyst containing the above-mentioned composite oxide, the target catalytic action (the temperature at which the combustion start temperature of the particulate matter is made equal to or lower than that of the platinum catalyst) In general, a method of selecting a substance that is expected to exhibit a catalytic ability) and confirming the catalytic action of the selected substance by an experiment is generally used. In such a method, the selection of the above-described substances depends on experience, and even the selected substances may not sufficiently exhibit the catalytic action, which requires a lot of labor.
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くした排ガス処理触媒を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and is a platinum alternative catalyst, in which the combustion start temperature of the particulate matter is made equal to or lower than that of the platinum catalyst. An object is to provide an exhaust gas treatment catalyst.
また、白金代替触媒であり、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する排ガス処理触媒を高精度に予測して、当該触媒能を発現する物質を選考する労力を軽減した排ガス処理触媒の選定方法を提供することを目的とする。 Moreover, it is a platinum alternative catalyst, and an exhaust gas treatment catalyst that expresses catalytic ability to make the combustion start temperature of the particulate matter equal or lower than that of the platinum catalyst is predicted with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a method for selecting an exhaust gas treatment catalyst with reduced labor for selecting a substance that exhibits the catalytic ability.
上述した課題を解決する第1の発明に係る排ガス処理触媒は、
排ガスに含まれる微粒子状物質の燃焼を促進する排ガス処理触媒であって、
AxByOzまたはAxByCwOzからなり、
前記Aが遷移金属またはビスマスまたは亜鉛のいずれか一つであり、
前記Bが遷移金属であり、
前記Cが遷移金属またはガリウムのいずれか一つであり、
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンドギャップが3.0eV以下であり、且つ、
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である
ことを特徴とする。
The exhaust gas treatment catalyst according to the first invention for solving the above-described problem is
An exhaust gas treatment catalyst that promotes combustion of particulate matter contained in exhaust gas,
It consists of AxByOz or AxByCwOz,
A is any one of transition metal, bismuth or zinc,
B is a transition metal,
The C is one of a transition metal or gallium;
The band gap of the AxByOz or the AxByCwOz is 3.0 eV or less, and
In the band structure of the AxByOz or the AxByCwOz, the oxygen orbital content of the conduction band obtained by quantifying the contribution ratio of the oxygen atom to the electronic state by averaging the three electronic states having low energy ranks immediately above the Fermi level in the band structure of 20 % Or more.
上述した課題を解決する第2の発明に係る排ガス処理触媒は、
第1の発明に係る排ガス処理触媒であって、
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzがペロブスカイト型を除く構造である
ことを特徴とする。
The exhaust gas treatment catalyst according to the second invention for solving the above-described problem is
An exhaust gas treatment catalyst according to the first invention,
The AxByOz or the AxByCwOz has a structure excluding a perovskite type.
上述した課題を解決する第3の発明に係る排ガス処理触媒は、
第1または第2の発明に係る排ガス処理触媒であって、
前記Aと前記Bが、亜鉛とマンガン、コバルトとマンガン、ビスマスとモリブデン、ニッケルとクロム、鉄とモリブデン、ニッケルとモリブデン、銅とクロム、銅とモリブデン、銅とタングステン、イットリウムとルテニウム、ホルミウムとマンガン、ビスマスと銀、ランタンとニッケル、ランタンとモリブデン、ランタンとルテニウム、テルビウムとルテニウム、ジスプロシウムとルテニウム、イッテルビウムとクロム、ビスマスとコバルト、ビスマスとニッケル、ビスマスと金の組み合わせの何れかである
ことを特徴とする。
The exhaust gas treatment catalyst according to the third invention for solving the above-described problem is
An exhaust gas treatment catalyst according to the first or second invention,
A and B are zinc and manganese, cobalt and manganese, bismuth and molybdenum, nickel and chromium, iron and molybdenum, nickel and molybdenum, copper and chromium, copper and molybdenum, copper and tungsten, yttrium and ruthenium, holmium and manganese. Bismuth and silver, lanthanum and nickel, lanthanum and molybdenum, lanthanum and ruthenium, terbium and ruthenium, dysprosium and ruthenium, ytterbium and chromium, bismuth and cobalt, bismuth and nickel, bismuth and gold And
上述した課題を解決する第4の発明に係る排ガス処理触媒は、
第1または第2の発明に係る排ガス処理触媒であって、
前記Aと前記Bと前記Cが、ランタンとコバルトとイリジウム、ランタンとニッケルとルテニウム、亜鉛とランタンとロジウム、亜鉛とランタンとイリジウム、ビスマスと鉄とガリウム、ビスマスとイットリウムとルテニウムの組み合わせの何れかである
ことを特徴とする。
The exhaust gas treatment catalyst according to the fourth invention for solving the above-described problem is
An exhaust gas treatment catalyst according to the first or second invention,
The A, B, and C are any combination of lanthanum, cobalt, iridium, lanthanum, nickel, ruthenium, zinc, lanthanum, rhodium, zinc, lanthanum, iridium, bismuth, iron, gallium, bismuth, yttrium, and ruthenium. It is characterized by being.
上述した課題を解決する第5の発明に係る排ガス処理触媒の選定方法は、
排ガスに含まれる微粒子状物質の燃焼を促進する複合酸化物からなる排ガス処理触媒の候補を選定する排ガス処理触媒の選定方法であって、
前記複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、
前記バンド構造に基づき、バンドギャップを算出すると共に、
前記バンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、
前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする。
The method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the fifth invention for solving the above-described problem is as follows.
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst for selecting a candidate for an exhaust gas treatment catalyst comprising a composite oxide that promotes combustion of particulate matter contained in exhaust gas,
Obtaining the band structure of the composite oxide by scientific calculation,
Based on the band structure, the band gap is calculated,
The oxygen orbital content of the conduction band is calculated by averaging the contribution ratio of the oxygen atom to the electronic state by averaging the three electronic states having a low energy level immediately above the Fermi level in the band structure,
A candidate complex oxide is selected based on the oxygen orbital content of the band gap and the conduction band.
上述した課題を解決する第6の発明に係る排ガス処理触媒の選定方法は、
第5の発明に係る排ガス処理触媒の選定方法であって、
既知である白金系触媒および既知であるペロブスカイト型の複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、
当該バンド構造に基づき、前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物のバンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、
前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物の前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、前記候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする。
The method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to a fifth invention,
The band structure of a known platinum-based catalyst and a known perovskite-type composite oxide is obtained by scientific calculation,
Based on the band structure, the band gap of the platinum-based catalyst and the perovskite complex oxide and the oxygen orbital content of the conduction band are calculated.
The candidate composite oxide is selected based on the band gap of the platinum-based catalyst and the perovskite-type composite oxide and the oxygen orbital content of the conduction band.
上述した課題を解決する第7の発明に係る排ガス処理触媒の選定方法は、
第5または第6の発明に係る排ガス処理触媒の選定方法であって、
前記複合酸化物の上向きスピンおよび下向きスピンのバンド構造を科学計算によりそれぞれ求め、
前記上向きスピンのバンド構造および前記下向きスピンのバンド構造におけるバンドギャップをそれぞれ算出し、
前記上向きスピンのバンドギャップと前記下向きスピンのバンドギャップとを比較して小さい方のバンドギャップに基づき、前記候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする。
The method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the seventh invention for solving the above-described problem is as follows.
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the fifth or sixth invention,
Obtaining the band structure of the upward spin and the downward spin of the composite oxide by scientific calculation,
Calculate the band gap in the band structure of the upward spin and the band structure of the downward spin, respectively.
The candidate oxide is selected based on the smaller band gap by comparing the band gap of the upward spin and the band gap of the downward spin.
本発明に係る排ガス処理触媒によれば、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くすることができる。 According to the exhaust gas treatment catalyst of the present invention, it is a platinum substitute catalyst, and the combustion start temperature of the particulate matter can be made equal to or lower than that of the platinum-based catalyst.
本発明に係る排ガス処理触媒の選定方法によれば、白金代替触媒であり、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する排ガス処理触媒を高精度に予測して、当該触媒能を発現する物質を選考する労力を軽減することができる。 According to the method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the present invention, it is a platinum substitute catalyst, and exhibits catalytic ability to make the combustion start temperature of the particulate matter equal to or lower than that of the platinum-based catalyst. Therefore, it is possible to predict the exhaust gas treatment catalyst to be performed with high accuracy, and to reduce labor for selecting a substance that exhibits the catalytic ability.
[主な実施形態]
本発明に係る排ガス処理触媒およびその選定方法の実施形態について、図1、図2、図3、および図4を基づいて説明する。
[Main embodiments]
Embodiments of an exhaust gas treatment catalyst and a selection method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 4.
本実施形態に係る排ガス処理触媒は、ディーゼルエンジンなどから排出される排ガスに含まれる微粒子状物質(PM)の燃焼を促進するものであって、AxByOzまたはAxByCwOzからなり、前記Aが遷移金属またはビスマスまたは亜鉛のいずれか一つであり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属またはガリウムのいずれか一つであり、前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンドギャップが3.0eV以下であり、且つ、前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上であるものである。 The exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment promotes combustion of particulate matter (PM) contained in exhaust gas discharged from a diesel engine or the like, and is composed of AxByOz or AxByCwOz, where A is a transition metal or bismuth. Or zinc, B is a transition metal, C is any one of transition metal or gallium, and the band gap of AxByOz or AxByCwOz is 3.0 eV or less, and In the band structure of the AxByOz or the AxByCwOz, the oxygen orbital content of the conduction band obtained by quantifying the contribution ratio of the oxygen atom to the electronic state by averaging the three electronic states having low energy ranks immediately above the Fermi level in the band structure of the AxByOz or the AxByCwOz It is 20% or more.
そして、上記排ガス処理触媒は、前記AxByOzまたは前記AxByCwOzがペロブスカイト型を除く構造である。 In the exhaust gas treatment catalyst, the AxByOz or the AxByCwOz has a structure excluding a perovskite type.
具体的には、前記Aと前記Bが、亜鉛とマンガン、コバルトとマンガン、ビスマスとモリブデン、ニッケルとクロム、鉄とモリブデン、ニッケルとモリブデン、銅とクロム、銅とモリブデン、銅とタングステン、イットリウムとルテニウム、ホルミウムとマンガン、ビスマスと銀、ランタンとニッケル、ランタンとモリブデン、ランタンとルテニウム、テルビウムとルテニウム、ジスプロシウムとルテニウム、イッテルビウムとクロム、ビスマスとコバルト、ビスマスとニッケル、ビスマスと金の組み合わせの何れかである。 Specifically, A and B are zinc and manganese, cobalt and manganese, bismuth and molybdenum, nickel and chromium, iron and molybdenum, nickel and molybdenum, copper and chromium, copper and molybdenum, copper and tungsten, yttrium, and the like. Ruthenium, holmium and manganese, bismuth and silver, lanthanum and nickel, lanthanum and molybdenum, lanthanum and ruthenium, terbium and ruthenium, dysprosium and ruthenium, ytterbium and chromium, bismuth and cobalt, bismuth and nickel, bismuth and gold It is.
前記Aと前記Bと前記Cが、ランタンとコバルトとイリジウム、ランタンとニッケルとルテニウム、亜鉛とランタンとロジウム、亜鉛とランタンとイリジウム、ビスマスと鉄とガリウム、ビスマスとイットリウムとルテニウムの組み合わせの何れかである。 The A, B, and C are any combination of lanthanum, cobalt, iridium, lanthanum, nickel, ruthenium, zinc, lanthanum, rhodium, zinc, lanthanum, iridium, bismuth, iron, gallium, bismuth, yttrium, and ruthenium. It is.
このような本実施形態に係る排ガス処理触媒によれば、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くすることができる。その理由を以下に説明する。 According to such an exhaust gas treatment catalyst according to this embodiment, it is a platinum substitute catalyst, and the combustion start temperature of the particulate matter can be made equal to or lower than that of the platinum-based catalyst. it can. The reason will be described below.
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンドギャップが、PMの燃焼開始温度に作用するパラメータであり、3.0eVより大きくなると、白金系触媒の場合と比べて、PMの燃焼開始温度が高くなることから、3.0eV以下としている。 The band gap of the AxByOz or the AxByCwOz is a parameter that affects the PM combustion start temperature. When the band gap exceeds 3.0 eV, the PM combustion start temperature becomes higher than that of the platinum-based catalyst. 0.0 eV or less.
上述したバンドギャップは、伝導帯における、電子殻がΧ(カイ)またはΓ(ガンマ)にてエネルギー順位が最も低い1つの電子状態の平均値と、価電子帯における、電子殻がΧ(カイ)またはΓ(ガンマ)にてエネルギー順位が最も大きい1つの電子状態の平均値の差分を演算して得られた値である。なお、バンドが0eV付近に多数ある場合には、前記AxByOzまたは前記AxByCwOzが導電体でありそのバンドギャップは0.00eVである。 The band gap described above is defined as the average value of one electronic state having the lowest energy level when the electron shell is Χ or Γ (gamma) in the conduction band, and the electron shell is 価 (chi) in the valence band. Alternatively, it is a value obtained by calculating the difference between the average values of one electronic state having the largest energy ranking in Γ (gamma). When there are a large number of bands near 0 eV, the AxByOz or the AxByCwOz is a conductor, and the band gap is 0.00 eV.
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンド構造における伝導帯バンドの酸素軌道含有率が、PMの燃焼速度に作用するパラメータであり、20%より小さくなると、白金系触媒の場合と比べて、PMの燃焼速度が遅くなることから、20%以上としている。なお、複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率の上限値、言い換えると指数zの上限値は、前記Aと前記Bの組み合わせまたは前記Aと前記Bと前記Cの組み合わせにより適宜に決定される。 The oxygen orbital content of the conduction band in the band structure of AxByOz or AxByCwOz is a parameter that affects the PM combustion rate. When it is less than 20%, the PM combustion rate is lower than that in the case of a platinum-based catalyst. Because it will be late, it is 20% or more. Note that the upper limit value of the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide, in other words, the upper limit value of the index z is appropriately determined by the combination of A and B or the combination of A, B, and C. The
ここで、上述した伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、エネルギー的にフェルミレベル直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して、酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものである。この酸素原子の電子状態への寄与率は、酸素原子を含む球面内にどのくらいの電子数が含まれるかを計算して得られる。また、前記AxByOzまたは前記AxByCwOzの材料が磁性を持つ場合には、上向きスピンのバンド構造による伝導帯バンドの酸素軌道含有率を、候補となる複合酸化物を選定する際に用いている。これは、下向きスピンは上向きスピンよりも電子の数が少なく、下向きスピンのバンド図におけるフェルミレベルよりも上の電子状態のいくつかは、上向きスピンの価電子帯の状態に対応する場合がある。酸化物の価電子帯は主として酸素原子の軌道成分からなる。よって、上向きスピンにおけるバンドギャップ直上の状態に酸素の軌道が含まれれば、下向きスピンのフェルミレベル近傍の状態にも酸素原子の軌道が含まれることが予測できる。 Here, the oxygen orbital content of the above-described conduction band is obtained by averaging the three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level in terms of energy and quantifying the contribution ratio of oxygen atoms to the electronic state. It is. The contribution ratio of oxygen atoms to the electronic state can be obtained by calculating how many electrons are included in a spherical surface containing oxygen atoms. When the AxByOz or AxByCwOz material is magnetic, the oxygen orbital content of the conduction band due to the upward spin band structure is used when selecting a candidate composite oxide. This is because the downward spin has fewer electrons than the upward spin, and some of the electronic states above the Fermi level in the downward spin band diagram may correspond to the valence band state of the upward spin. The valence band of an oxide mainly consists of orbital components of oxygen atoms. Therefore, if the orbit of oxygen is included in the state immediately above the band gap in the upward spin, it can be predicted that the orbit of oxygen atoms is also included in the state near the Fermi level of the downward spin.
続いて、上述したような組成からなり、上述したバンドギャップの範囲を示し、且つ、上述した伝導帯バンドの酸素軌道含有率の範囲を示す排ガス処理触媒の選定方法について、以下に説明する。 Subsequently, a method for selecting an exhaust gas treatment catalyst having the above-described composition, showing the range of the band gap described above, and indicating the range of the oxygen orbital content of the conduction band described above will be described below.
最初に、排ガスに含まれる微粒子状物質の燃焼を促進する白金系触媒(例えば、PtOやPtO2やPt2O3)について、科学計算、例えば第一原理バンド計算を行った。この計算結果に基づき、白金系触媒のバンド構造を求めた。 First, scientific calculation, for example, first-principles band calculation was performed on a platinum-based catalyst (for example, PtO, PtO 2, or Pt 2 O 3 ) that promotes the combustion of particulate matter contained in the exhaust gas. Based on this calculation result, the band structure of the platinum-based catalyst was obtained.
続いて、実験的に良い触媒能、すなわち、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能が確認できている触媒(Mn系ペロブスカイト型触媒(例えば、LaMnO3に微量のカリウムをドープしたものなど)、Co系ペロブスカイト型触媒(例えば、LaCoO3に微量のカリウムをドープしたものなど)、およびFe系ペロブスカイト型触媒(例えば、LaFeO3に微量のカリウムをドープしたものなど))について、モデル化を行い、科学計算、例えば第一原理バンド計算を行った。この計算結果に基づき、各種触媒(Mn系ペロブスカイト型触媒、Co系ペロブスカイト型触媒、Fe系ペロブスカイト型触媒)について、バンド構造をそれぞれ求めた。 Subsequently, experimentally good catalytic ability, that is, a platinum substitute catalyst that can make the combustion start temperature of the particulate matter equal to or lower than that of the platinum catalyst can be confirmed. Catalysts (Mn-based perovskite type catalyst (for example, LaMnO 3 doped with a small amount of potassium), Co-based perovskite type catalyst (for example, LaCoO 3 doped with a small amount of potassium), and Fe-based perovskite A type catalyst (for example, LaFeO 3 doped with a small amount of potassium) was modeled, and scientific calculations such as first-principles band calculations were performed. Based on the calculation results, band structures were determined for various catalysts (Mn-based perovskite-type catalyst, Co-based perovskite-type catalyst, and Fe-based perovskite-type catalyst).
ここで、上述したモデル化とは、例えば、La0.9K0.1FeO3のような非整数の組成をもつ化合物をLaFeO3のように組成を整数比化し、計算が可能な構造にすることである。 Here, the above-described modeling is, for example, that a compound having a non-integer composition such as La 0.9 K 0.1 FeO 3 is converted into an integer ratio of the composition such as LaFeO 3 to obtain a structure capable of calculation. .
また、比較的低い触媒活性である、言い換えると、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて高くする触媒性能を有するCu系ペロブスカイト型触媒(例えば、LaCuO3に微量のカリウムをドープしたものなど)についても、モデル化を行い、科学計算、例えば第一原理バンド計算を行った。この計算結果に基づき、Cu系ペロブスカイト型触媒のバンド構造を求めた。 Further, a Cu-based perovskite-type catalyst (for example, a platinum substitute catalyst having a relatively low catalytic activity, which has a catalytic performance to increase the combustion start temperature of the particulate matter as compared with the case of a platinum-based catalyst (for example, For example, LaCuO 3 doped with a small amount of potassium was also modeled, and scientific calculation, for example, first-principles band calculation was performed. Based on this calculation result, the band structure of the Cu-based perovskite catalyst was obtained.
続いて、上述した各触媒(白金系触媒、Mn系ペロブスカイト型触媒、Co系ペロブスカイト型触媒、Fe系ペロブスカイト型触媒、およびCu系ペロブスカイト型触媒)について、バンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率をそれぞれ算出した。 Subsequently, for each of the above-described catalysts (platinum-based catalyst, Mn-based perovskite-type catalyst, Co-based perovskite-type catalyst, Fe-based perovskite-type catalyst, and Cu-based perovskite-type catalyst), the oxygen orbital content of the band gap and conduction band Was calculated respectively.
続いて、上述した各触媒(白金系触媒、Mn系ペロブスカイト型触媒、Co系ペロブスカイト型触媒、Fe系ペロブスカイト型触媒、およびCu系ペロブスカイト型触媒)に関し、バンドギャップと伝導帯バンドの酸素軌道含有率の相関を示すグラフである図1を作成する。図1にて、四角形がPt系触媒の場合を示し、菱形がMn系ペロブスカイト型触媒の場合を示し、三角形がCo系ペロブスカイト型触媒の場合を示し、丸形がFe系ペロブスカイト型触媒の場合を示し、バツ印がCu系ペロブスカイト型触媒の場合を示す。この図1に示すように、Pt系触媒が領域Aの範囲内となり、Mn系ペロブスカイト型触媒、Co系ペロブスカイト型触媒、Fe系ペロブスカイト型触媒が、ほぼ領域Bの範囲内となり、Cu系ペロブスカイト型触媒が領域Cの範囲内となった。 Subsequently, for each of the above-described catalysts (platinum-based catalyst, Mn-based perovskite-type catalyst, Co-based perovskite-type catalyst, Fe-based perovskite-type catalyst, and Cu-based perovskite-type catalyst), the oxygen orbital content of the band gap and conduction band. FIG. 1 which is a graph showing the correlation between the two is created. In FIG. 1, the square indicates the case of a Pt-based catalyst, the rhombus indicates the case of a Mn-based perovskite-type catalyst, the triangle indicates the case of a Co-based perovskite-type catalyst, and the round shape indicates the case of an Fe-based perovskite-type catalyst. The cross mark indicates the case of a Cu-based perovskite catalyst. As shown in FIG. 1, the Pt-based catalyst falls within the range of the region A, and the Mn-based perovskite-type catalyst, the Co-based perovskite-type catalyst, and the Fe-based perovskite-type catalyst substantially fall within the range of the region B, and the Cu-based perovskite-type catalyst. The catalyst was within range C.
ここで、Pt系触媒は、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が高いものの、PMの燃焼開始温度がMn系ペロブスカイト型触媒の場合と比べて高い(触媒能としては低い)という特性を有することが知られている。このようなことから、主として、バンドギャップの狭さがPMの燃焼開始温度に関与するパラメータであると考えられる。また、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が最大CO2濃度時温度の低さ、すなわち、PMの燃焼速度に関与するパラメータであると考えられる。 Here, although the Pt-based catalyst has a high oxygen orbital content of the conduction band, it has a characteristic that the combustion start temperature of PM is higher than that of the Mn-based perovskite type catalyst (the catalytic ability is low). Are known. Therefore, it is considered that the narrow band gap is mainly a parameter related to the combustion start temperature of PM. Further, it is considered that the oxygen orbital content of the conduction band is a parameter related to the low temperature at the maximum CO 2 concentration, that is, the PM combustion rate.
領域Cに入る触媒(Cu系ペロブスカイト型触媒)は、PMの燃焼開始温度がPt系触媒の場合と比べて高く、PMの燃焼速度がPt系触媒の場合と比べて遅いことが知られている。よって、領域Cに入る触媒を、微粒子状物質の燃焼開始温度がPt系触媒の場合と比べて高くなる触媒能を発現する低触媒能発現グループに分類できる。 It is known that the catalyst (Cu-based perovskite-type catalyst) entering the region C has a higher PM combustion start temperature than that of the Pt-based catalyst, and the PM combustion rate is lower than that of the Pt-based catalyst. . Therefore, the catalyst entering the region C can be classified into a low catalytic ability expression group that expresses catalytic ability in which the combustion start temperature of the particulate matter is higher than that of the Pt-based catalyst.
これに対して、領域Bに入る触媒は、PMの燃焼開始温度がPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも低く、PM燃焼速度がPt系触媒の場合と比べて速いことが知られている。よって、領域Bに入る触媒を、微粒子状物質の燃焼開始温度がPt系触媒の場合と比べて同等またはそれよりも低くなる触媒能を発現する高触媒能発現グループに分類できる。 In contrast, the catalyst entering the region B has a PM combustion start temperature equal to or lower than that of the Pt-based catalyst, and the PM combustion speed is faster than that of the Pt-based catalyst. It has been. Therefore, the catalyst entering the region B can be classified into a high catalytic ability expression group that expresses catalytic ability in which the combustion start temperature of the particulate matter is equal to or lower than that in the case of the Pt-based catalyst.
よって、触媒能が高い物質、すなわち、白金代替触媒であって、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する複合酸化物は、バンドギャップが狭く、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が高い領域に主として分布すると考えられる。 Therefore, a compound having high catalytic ability, that is, a platinum substitute catalyst, and a composite oxidation that expresses catalytic ability to make the combustion start temperature of the particulate matter equal to or lower than that of the platinum-based catalyst. The product is considered to be mainly distributed in a region where the band gap is narrow and the oxygen band content of the conduction band is high.
続いて、無機化合物データベースから2千種の材料を抽出し、各材料について、モデル化を行い、科学計算、例えば第一原理バンド計算を行った。この計算結果に基づきバンド構造を求め、バンドギャップを算出した。これらの材料にて、バンドギャップの比較的狭い物質について、上述した伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出した。これら材料について、バンドギャップと伝導帯バンドの酸素軌道含有率の相関を示すグラフに、各材料に関するバンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率(スクリーニングデータ)をプロットした図2を作成する。図2にて、四角形がスクリーニングデータの場合を示し、星印Iが排ガス処理触媒(ZnMn2O4)の場合を示し、星印IIが排ガス処理触媒(Co2Mn3O8)の場合を示し、星印IIIが排ガス処理触媒(Bi2MoO6)の場合を示し、星印IVが排ガス処理触媒(NiCrO4)の場合を示し、バツ印が参照触媒(La2CuO4)の場合を示す。 Subsequently, 2,000 kinds of materials were extracted from the inorganic compound database, each material was modeled, and scientific calculation, for example, first principle band calculation was performed. Based on this calculation result, a band structure was obtained and a band gap was calculated. Of these materials, the oxygen orbital content of the conduction band described above was calculated for substances having a relatively narrow band gap. For these materials, FIG. 2 is created in which the band gap and the oxygen orbital content (screening data) of the conduction band are plotted on a graph showing the correlation between the bandgap and the oxygen orbital content of the conduction band. In FIG. 2, the rectangle indicates the case of screening data, the star I indicates the case of an exhaust gas treatment catalyst (ZnMn 2 O 4 ), and the star II indicates the case of an exhaust gas treatment catalyst (Co 2 Mn 3 O 8 ). Asterisk III indicates an exhaust gas treatment catalyst (Bi 2 MoO 6 ), asterisk IV indicates an exhaust gas treatment catalyst (NiCrO 4 ), and a cross indicates a reference catalyst (La 2 CuO 4 ). Show.
上述したことから、複合酸化物に関し、バンドギャップが3.0eV以下であることにより、PMの燃焼開始温度がPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも低くなるという効果を発現すると考えられる。さらに、複合酸化物に関し、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上であることにより、PMの燃焼速度がPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも速いと考えられる。言い換えると、上述した排ガス処理触媒に関し、図2に示すように、領域D(バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である領域)にある複合酸化物とすることにより、PMの燃焼開始温度をPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも低くすることができると考えられる。さらに、上述した複合酸化物とすることにより、PMの燃焼速度をPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも速くすることができると考えられる。 From the above, regarding the composite oxide, it is considered that when the band gap is 3.0 eV or less, the effect that the combustion start temperature of PM becomes equal to or lower than that in the case of the Pt catalyst is exhibited. It is done. Furthermore, regarding the composite oxide, it is considered that the combustion rate of PM is equal to or faster than that of the Pt-based catalyst because the oxygen orbital content of the conduction band is 20% or more. In other words, with respect to the above-described exhaust gas treatment catalyst, as shown in FIG. 2, region D (region where the band gap is 0 eV or more and 3.0 eV or less and the oxygen band content of the conduction band is 20% or more) By using the composite oxide, it is considered that the combustion start temperature of PM can be made equal to or lower than that of the Pt-based catalyst. Furthermore, by using the above-described composite oxide, it is considered that the PM combustion rate can be made equal to or faster than that of the Pt-based catalyst.
また、NiCrO4を除く磁性体の材料についても、上記と同様に、モデル化を行い、科学計算、例えば第一原理バンド計算を行った。この計算結果に基づき上向きスピンおよび下向きスピンのバンド構造をそれぞれ求め、上向きスピンおよび下向きスピンのバンドギャップをそれぞれ算出した。これら材料にて、上向きスピンのバンドギャップと下向きスピンのバンドギャップとを比較して小さい方のバンドギャップが比較的狭い物質について、上述した伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出した。ここで、上述した通り、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である場合に、Pt系触媒と同等、またはそれ以上の作用効果を奏すると考えられことから、これら条件(バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である)を満たす材料(Fe2(Mo3O8)、NiMoO4、Cu(CrO2)、CuMoO4、Cu(WO4)、Y2(Ru2O7)、Ho(Mn2O5)、Ag4Bi2O5、Ag5(BiO4)、La3Ni2O6.35、La2(Mo2O7)、La2(RuO5)、Tb2(Ru2O7)、Dy2(Ru2O7)、Yb(CrO4)、(Bi12.24Co10.8)Co2O40、(Bi19.68Ni4.32)Ni2O40、Bi2(AuO5)、La2(CoIrO6)、La2NiRuO6、La2Zn(RhO6)、La2(IrZnO6)、Bi2Ga2Fe2O9、(Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))について、図3にプロットし、図4に示した。言い換えると、上述した排ガス処理触媒に関し、図3に示すように、領域F(バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ、伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である領域)にある複合酸化物とすることにより、PMの燃焼開始温度をPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも低くすることができると考えられる。さらに、上述した複合酸化物とすることにより、PMの燃焼速度をPt系触媒の場合と比べて同等、またはそれよりも速くすることができると考えられる。 In addition, magnetic materials other than NiCrO 4 were modeled in the same manner as described above, and scientific calculations such as first-principles band calculations were performed. Based on the calculation results, the band structures of the upward spin and the downward spin were obtained, and the band gaps of the upward spin and the downward spin were calculated. In these materials, the band gap of the upward spin and the band gap of the downward spin were compared, and the oxygen orbital content of the conduction band was calculated for a material having a relatively narrow band gap. Here, as described above, when the band gap is 3.0 eV or less and the oxygen orbital content of the conduction band is 20% or more, the same effect as or more than that of the Pt-based catalyst is achieved. Since it is considered, the materials (Fe 2 (Mo 3 O 8 ), NiMoO 4 , satisfying these conditions (the band gap is 3.0 eV or less and the oxygen band content of the conduction band is 20% or more), Cu (CrO 2 ), CuMoO 4 , Cu (WO 4 ), Y 2 (Ru 2 O 7 ), Ho (Mn 2 O 5 ), Ag 4 Bi 2 O 5 , Ag 5 (BiO 4 ), La 3 Ni 2 O 6.35 , La 2 (Mo 2 O 7 ), La 2 (RuO 5 ), Tb 2 (Ru 2 O 7 ), Dy 2 (Ru 2 O 7 ), Yb (CrO 4 ), (Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 , (Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 , Bi 2 (A uO 5 ), La 2 (CoIrO 6 ), La 2 NiRuO 6 , La 2 Zn (RhO 6 ), La 2 (IrZnO 6 ), Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 , (Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) is plotted in FIG. 3 and shown in FIG. In other words, regarding the above-described exhaust gas treatment catalyst, as shown in FIG. 3, region F (region where the band gap is 0 eV or more and 3.0 eV or less and the oxygen orbital content of the conduction band is 20% or more) By using the composite oxide, it is considered that the combustion start temperature of PM can be made equal to or lower than that of the Pt-based catalyst. Furthermore, by using the above-described composite oxide, it is considered that the PM combustion rate can be made equal to or faster than that of the Pt-based catalyst.
[亜鉛とマンガンの複合酸化物]
ここで、亜鉛とマンガンの複合酸化物(ZnMn2O4)について、図5を用いて具体的に説明する。
図5は、ZnMn2O4のバンド構造を示す図である。図5に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図5にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図5にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図5にて、a1(太線),a2(1点鎖線),a3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。なお、電子殻Δ近傍からΛ近傍までの領域にて、1点鎖線が太線とほぼ一致している。
[Composite oxide of zinc and manganese]
Here, a composite oxide of zinc and manganese (ZnMn 2 O 4 ) will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a band structure of ZnMn 2 O 4 . The band structure shown in FIG. 5 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 5, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 5, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 5, a1 (thick line), a2 (one-dot chain line), and a3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band). In the region from the vicinity of the electron shell Δ to the vicinity of Λ, the one-dot chain line almost coincides with the thick line.
亜鉛とマンガンの複合酸化物(ZnMn2O4)は、AxByOzからなり、前記Aが亜鉛であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of zinc and manganese (ZnMn 2 O 4 ) is composed of AxByOz, wherein A is zinc and B is a transition metal.
亜鉛とマンガンの複合酸化物(ZnMn2O4)では、図5に示すように、約−0.28eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約0.8eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが約1.08eVとなった。 In the composite oxide of zinc and manganese (ZnMn 2 O 4 ), as shown in FIG. 5, the region Ev below about −0.28 eV becomes a valence band, while the region Ec above about 0.8 eV It became a conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was about 1.08 eV.
さらに、亜鉛とマンガンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの電子状態(a1、a2、a3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、34%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of zinc and manganese is obtained by averaging the three electronic states (a1, a2, and a3) immediately above the Fermi level (conduction band). The percentage of contribution to the work was quantified and was 34%.
よって、亜鉛とマンガンの複合酸化物(ZnMn2O4)が、図2に示すように、バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Dの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(ZnMn2O4)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 2, the composite oxide of zinc and manganese (ZnMn 2 O 4 ) has a band gap of 0 eV or more and 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more. It was confirmed to be within the range of the region D indicating a certain range. This composite oxide (ZnMn 2 O 4 ) has a structure excluding the perovskite type.
[コバルトとマンガンの複合酸化物]
ここで、コバルトとマンガンの複合酸化物(Co2Mn3O8)について、図6を用いて具体的に説明する。
図6は、Co2Mn3O8のバンド構造を示す図である。図6に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図6にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図6にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図6にて、b1(太線),b2(1点鎖線),b3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of cobalt and manganese]
Here, a complex oxide of cobalt and manganese (Co 2 Mn 3 O 8 ) will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a band structure of Co 2 Mn 3 O 8 . The band structure shown in FIG. 6 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 6, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 6, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 6, b1 (thick line), b2 (one-dot chain line), and b3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
コバルトとマンガンの複合酸化物(Co2Mn3O8)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A complex oxide of cobalt and manganese (Co 2 Mn 3 O 8 ) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
コバルトとマンガンの複合酸化物(Co2Mn3O8)では、図6に示すように、約−0.05eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.55eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが約1.60eVとなった。 In the complex oxide of cobalt and manganese (Co 2 Mn 3 O 8 ), as shown in FIG. 6, the region Ev below about −0.05 eV becomes the valence band, while the region above about 1.55 eV. Ec became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was about 1.60 eV.
さらに、コバルトとマンガンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(b1、b2、b3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、31%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the cobalt-manganese composite oxide averages the three states (b1, b2, b3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio of was quantified and was 31%.
よって、コバルトとマンガンの複合酸化物(Co2Mn3O8)が、図2に示すように、バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Dの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Co2Mn3O8)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 2, the complex oxide of cobalt and manganese (Co 2 Mn 3 O 8 ) has a band gap of 0 eV or more and 3.0 eV or less, and the oxygen orbital content of the conduction band is 20%. It was confirmed to be within the range of the region D indicating the above range. This composite oxide (Co 2 Mn 3 O 8 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスとモリブデンの複合酸化物]
ここで、ビスマスとモリブデンの複合酸化物(Bi2MoO6)について、図7を用いて具体的に説明する。
図7は、Bi2MoO6のバンド構造を示す図である。図7に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図7にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図7にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図7にて、c1(太線),c2(1点鎖線),c3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and molybdenum]
Here, a composite oxide of bismuth and molybdenum (Bi 2 MoO 6 ) will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a band structure of Bi 2 MoO 6 . The band structure shown in FIG. 7 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 7, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 7, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 7, c1 (thick line), c2 (one-dot chain line), and c3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスとモリブデンの複合酸化物(Bi2MoO6)は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 Bismuth and molybdenum complex oxide (Bi 2 MoO 6 ) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスとモリブデンの複合酸化物(Bi2MoO6)は、図7に示すように、約−0.4eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.36eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが約1.76eVとなった。 In the bismuth-molybdenum complex oxide (Bi 2 MoO 6 ), as shown in FIG. 7, the region Ev below about −0.4 eV becomes a valence band, while the region Ec above about 1.36 eV has a region Ec. It became a conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was about 1.76 eV.
さらに、ビスマスとモリブデンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(c1、c2、c3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、29%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the bismuth-molybdenum complex oxide averages the three states (c1, c2, c3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was 29%.
よって、ビスマスとモリブデンの複合酸化物(Bi2MoO6)が、図2に示すように、バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Dの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Bi2MoO6)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and molybdenum (Bi 2 MoO 6 ) has a band gap of 0 eV or more and 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region D indicating a certain range. This composite oxide (Bi 2 MoO 6 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ニッケルとクロムの複合酸化物]
ここで、ニッケルとクロムの複合酸化物(NiCrO4)について、図8を用いて具体的に説明する。
図8は、NiCrO4のバンド構造を示す図である。図8に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図8にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図8にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図8にて、d1(太線),d2(1点鎖線),d3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Complex oxide of nickel and chromium]
Here, the composite oxide of nickel and chromium (NiCrO 4 ) will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the band structure of NiCrO 4 . The band structure shown in FIG. 8 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 8, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 8, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 8, d1 (thick line), d2 (one-dot chain line), and d3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ニッケルとクロムの複合酸化物(NiCrO4)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of nickel and chromium (NiCrO 4 ) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ニッケルとクロムの複合酸化物(NiCrO4)は、図8に示すように、約−0.4eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.53eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが約1.93eVとなった。 As shown in FIG. 8, the composite oxide of nickel and chromium (NiCrO 4 ) has a valence band in the region Ev below about −0.4 eV, and a conduction band in the region Ec above about 1.53 eV. It became. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was about 1.93 eV.
さらに、ニッケルとクロムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(d1、d2、d3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、28%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the nickel-chromium composite oxide averages the three states (d1, d2, d3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and 28%.
よって、ニッケルとクロムの複合酸化物(NiCrO4)が、図2に示すように、バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Dの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(NiCrO4)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of nickel and chromium (NiCrO 4 ) has a band gap of 0 eV or more and 3.0 eV or less and the oxygen band content of the conduction band is 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region D indicating This composite oxide (NiCrO 4 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンと銅の複合酸化物]
ここで、ランタンと銅の複合酸化物(LaCuO4)について、図2を用いて説明する。
[Composite oxide of lanthanum and copper]
Here, the lanthanum and copper composite oxide (LaCuO 4 ) will be described with reference to FIG.
ランタンと銅の複合酸化物(LaCuO4)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The lanthanum and copper complex oxide (LaCuO 4 ) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ランタンと銅の複合酸化物(LaCuO4)について、科学計算により、そのバンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率が算出された。このバンドギャップが1.47eVであった。この伝導帯バンドの酸素軌道含有率が19%であった。 Regarding the lanthanum and copper complex oxide (LaCuO 4 ), the oxygen gap content of its band gap and conduction band was calculated by scientific calculation. This band gap was 1.47 eV. The oxygen band content of this conduction band was 19%.
よって、ランタンと銅の複合酸化物(LaCuO4)は、図2に示すように、バンドギャップが0eV以上3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Dの範囲外にあると確認された。 Accordingly, as shown in FIG. 2, the lanthanum and copper composite oxide (LaCuO 4 ) has a band gap of 0 eV or more and 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more. It was confirmed that it was out of the range of the region D showing
[鉄とモリブデンの複合酸化物]
ここで、鉄とモリブデンの複合酸化物(Fe2(Mo3O8))について、図9を用いて説明する。
図9に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図9にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図9にて、A1(太線),A2(1点鎖線),A3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of iron and molybdenum]
Here, a composite oxide of iron and molybdenum (Fe 2 (Mo 3 O 8 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 9 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 9, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 9, A1 (thick line), A2 (one-dot chain line), and A3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
鉄とモリブデンの複合酸化物(Fe2(Mo3O8))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of iron and molybdenum (Fe 2 (Mo 3 O 8 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
鉄とモリブデンの複合酸化物(Fe2(Mo3O8))では、図9(b)に示すように、下向きスピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップEgの大きさが0.00eVとなった。 In the complex oxide of iron and molybdenum (Fe 2 (Mo 3 O 8 )), as shown in FIG. 9B, there are many bands in the vicinity of 0 eV due to downward spin, so the size of the band gap Eg is small. It became 0.00 eV.
さらに、鉄とモリブデンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(A1、A2、A3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約22%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of iron and molybdenum is averaged from the three states (A1, A2, A3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 22%.
よって、鉄とモリブデンの複合酸化物(Fe2(Mo3O8))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Fe2(Mo3O8))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the complex oxide of iron and molybdenum (Fe 2 (Mo 3 O 8 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen band content of the conduction band of 20%. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (Fe 2 (Mo 3 O 8 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ニッケルとモリブデンの複合酸化物]
ここで、ニッケルとモリブデンの複合酸化物(NiMoO4)について、図10を用いて説明する。
図10に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図10にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図10にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図10にて、B1(太線),B2(1点鎖線),B3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Complex oxide of nickel and molybdenum]
Here, a composite oxide of nickel and molybdenum (NiMoO 4 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 10 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 10, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 10, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 10, B1 (thick line), B2 (one-dot chain line), and B3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy orders immediately above the Fermi level (conduction band).
ニッケルとモリブデンの複合酸化物(NiMoO4)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of nickel and molybdenum (NiMoO 4 ) is a composite oxide made of AxByOz, where A is a transition metal and B is a transition metal.
ニッケルとモリブデンの複合酸化物(NiMoO4)は、図10(b)に示すように、約0eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約0.60eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが0.60eVとなった。 In the composite oxide of nickel and molybdenum (NiMoO 4 ), as shown in FIG. 10B, the region Ev below about 0 eV becomes a valence band, while the region Ec above about 0.60 eV has a conduction band. It became. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 0.60 eV.
さらに、ニッケルとモリブデンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(B1、B2、B3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約27%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the nickel-molybdenum composite oxide averages the three states (B1, B2, B3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was quantified and was about 27%.
よって、ニッケルとモリブデンの複合酸化物(NiMoO4)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(NiMoO4)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of nickel and molybdenum (NiMoO 4 ) shows a range in which the band gap is 3.0 eV or less and the oxygen orbital content of the conduction band is 20% or more, as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of region F. This composite oxide (NiMoO 4 ) has a structure excluding the perovskite type.
[銅とクロムの複合酸化物]
ここで、銅とクロムの複合酸化物(Cu(CrO2))について、図11を用いて説明する。
図11に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図11にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図11にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図11にて、C1(太線),C2(1点鎖線),C3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of copper and chromium]
Here, a composite oxide of copper and chromium (Cu (CrO 2 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 11 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 11, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 11, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 11, C1 (thick line), C2 (one-dot chain line), and C3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
銅とクロムの複合酸化物(Cu(CrO2))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A complex oxide of copper and chromium (Cu (CrO 2 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
銅とクロムの複合酸化物(Cu(CrO2))は、図11に示すように、約−0.30eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.80eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが2.10eVとなった。 As shown in FIG. 11, the composite oxide of copper and chromium (Cu (CrO 2 )) has a region Ev below about −0.30 eV as a valence band, while a region Ec above about 1.80 eV. Became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 2.10 eV.
さらに、銅とクロムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(C1、C2、C3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約22%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the complex oxide of copper and chromium averages the three states (C1, C2, C3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 22%.
よって、銅とクロムの複合酸化物(Cu(CrO2))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Cu(CrO2))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of copper and chromium (Cu (CrO 2 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range. This composite oxide (Cu (CrO 2 )) has a structure excluding the perovskite type.
[銅とモリブデンの複合酸化物]
ここで、銅とモリブデンの複合酸化物(CuMoO4)について、図12を用いて説明する。
図12に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図12にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図12にて、D1(太線),D2(1点鎖線),D3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of copper and molybdenum]
Here, a composite oxide of copper and molybdenum (CuMoO 4 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 12 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 12, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 12, D1 (thick line), D2 (one-dot chain line), and D3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
銅とモリブデンの複合酸化物(CuMoO4)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of copper and molybdenum (CuMoO 4 ) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
銅とモリブデンの複合酸化物(CuMoO4)は、図12(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップEgの大きさが0.00eVとなった。 As shown in FIG. 12B, the complex oxide of copper and molybdenum (CuMoO 4 ) has many bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so the band gap Eg becomes 0.00 eV. It was.
さらに、銅とモリブデンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(D1、D2、D3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約27%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of copper and molybdenum is averaged from the three states (D1, D2, D3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was quantified and was about 27%.
よって、銅とモリブデンの複合酸化物(CuMoO4)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(CuMoO4)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the composite oxide of copper and molybdenum (CuMoO 4 ) shows a range in which the band gap is 3.0 eV or less and the oxygen orbital content of the conduction band is 20% or more. It was confirmed to be within the range of region F. This composite oxide (CuMoO 4 ) has a structure excluding the perovskite type.
[銅とタングステンの複合酸化物]
ここで、銅とタングステンの複合酸化物(Cu(WO4))について、図13を用いて説明する。
図13に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図13にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図13にて、E1(太線),E2(1点鎖線),E3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of copper and tungsten]
Here, a composite oxide of copper and tungsten (Cu (WO 4 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 13 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 13, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 13, E1 (thick line), E2 (one-dot chain line), and E3 (dotted line) indicate three electronic states having low energy orders immediately above the Fermi level (conduction band).
銅とタングステンの複合酸化物(Cu(WO4))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A complex oxide of copper and tungsten (Cu (WO 4 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
銅とタングステンの複合酸化物(Cu(WO4))は、図13(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 As shown in FIG. 13B, the complex oxide of copper and tungsten (Cu (WO 4 )) has a large number of bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so the band gap size is 0.00 eV. It became.
さらに、銅とタングステンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(E1、E2、E3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約25%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of copper and tungsten is averaged from the three states (E1, E2, E3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 25%.
よって、銅とタングステンの複合酸化物(Cu(WO4))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Cu(WO4))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the composite oxide of copper and tungsten (Cu (WO 4 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range. This composite oxide (Cu (WO 4 )) has a structure excluding the perovskite type.
[イットリウムとルテニウムの複合酸化物]
ここで、イットリウムとルテニウムの複合酸化物(Y2(Ru2O7))について、図14を用いて説明する。
図14に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図14にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図14にて、F1(太線),F2(1点鎖線),F3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Compound oxide of yttrium and ruthenium]
Here, a composite oxide of yttrium and ruthenium (Y 2 (Ru 2 O 7 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 14 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 14, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 14, F1 (thick line), F2 (one-dot chain line), and F3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy orders immediately above the Fermi level (conduction band).
イットリウムとルテニウムの複合酸化物(Y2(Ru2O7))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of yttrium and ruthenium (Y 2 (Ru 2 O 7 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
イットリウムとルテニウムの複合酸化物(Y2(Ru2O7))は、図14に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 As shown in FIG. 14, the complex oxide of yttrium and ruthenium (Y 2 (Ru 2 O 7 )) has a large number of bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so the band gap size is 0.00 eV. It became.
さらに、イットリウムとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(F1、F2、F3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約26%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of yttrium and ruthenium averages the three states (F1, F2, and F3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 26%.
よって、イットリウムとルテニウムの複合酸化物(Y2(Ru2O7))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Y2(Ru2O7))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the composite oxide of yttrium and ruthenium (Y 2 (Ru 2 O 7 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen band content of the conduction band of 20%. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (Y 2 (Ru 2 O 7 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ホルミウムとマンガンの複合酸化物]
ここで、ホルミウムとマンガンの複合酸化物(Ho(Mn2O5))について、図15を用いて説明する。
図15に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図15にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図15にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図15にて、G1(太線),G2(1点鎖線),G3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of holmium and manganese]
Here, a composite oxide of holmium and manganese (Ho (Mn 2 O 5 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 15 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 15, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 15, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 15, G1 (thick line), G2 (one-dot chain line), and G3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ホルミウムとマンガンの複合酸化物(Ho(Mn2O5))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A complex oxide of holmium and manganese (Ho (Mn 2 O 5 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ホルミウムとマンガンの複合酸化物(Ho(Mn2O5))は、図15(b)に示すように、約−1.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約0.00eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが1.00eVとなった。 The composite oxide of holmium and manganese (Ho (Mn 2 O 5 )) has a valence band in the region Ev below about −1.00 eV, as shown in FIG. The upper region Ec became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 1.00 eV.
さらに、ホルミウムとマンガンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(G1、G2、G3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約29%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of holmium and manganese is obtained by averaging the three states (G1, G2, G3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 29%.
よって、ホルミウムとマンガンの複合酸化物(Ho(Mn2O5))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Ho(Mn2O5))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of holmium and manganese (Ho (Mn 2 O 5 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed that it was within the range of the region F indicating the range. This composite oxide (Ho (Mn 2 O 5 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスと銀の複合酸化物]
ここで、ビスマスと銀の複合酸化物(Ag4Bi2O5)について、図16を用いて説明する。
図16に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図16にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図16にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図16にて、H1(太線),H2(1点鎖線),H3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and silver]
Here, a composite oxide of bismuth and silver (Ag 4 Bi 2 O 5 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 16 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 16, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 16, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 16, H1 (thick line), H2 (one-dot chain line), and H3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
銀とビスマスの複合酸化物(Ag4Bi2O5)は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of silver and bismuth (Ag 4 Bi 2 O 5 ) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスと銀の複合酸化物(Ag4Bi2O5)は、図16(a)に示すように、約0.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約2.03eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが2.03eVとなった。 As shown in FIG. 16A, the bismuth-silver composite oxide (Ag 4 Bi 2 O 5 ) has a valence band in the region Ev below about 0.00 eV, while it is above about 2.03 eV. The region Ec becomes a conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 2.03 eV.
さらに、ビスマスと銀の複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(H1、H2、H3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約29%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth and silver is obtained by averaging the three states (H1, H2, and H3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 29%.
よって、ビスマスと銀の複合酸化物(Ag4Bi2O5)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物((Ag4Bi2O5)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and silver (Ag 4 Bi 2 O 5 ) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide ((Ag 4 Bi 2 O 5 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスと銀の複合酸化物]
ここで、ビスマスと銀の複合酸化物(Ag5(BiO4))について、図17を用いて説明する。
図17に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図17にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図17にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図17にて、I1(太線),I2(1点鎖線),I3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and silver]
Here, a composite oxide of bismuth and silver (Ag 5 (BiO 4 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 17 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 17, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 17, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 17, I1 (thick line), I2 (one-dot chain line), and I3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスと銀の複合酸化物(Ag5(BiO4))は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 Bismuth and silver complex oxide (Ag 5 (BiO 4 )) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスと銀の複合酸化物(Ag5(BiO4))は、図17(a)に示すように、約0.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.75eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが1.75eVとなった。 As shown in FIG. 17A, the bismuth-silver composite oxide (Ag 5 (BiO 4 )) has a region Ev below about 0.00 eV serving as a valence band, while being above about 1.75 eV. The region Ec becomes a conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 1.75 eV.
さらに、ビスマスと銀の複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(I1、I2、I3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約28%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth and silver is obtained by averaging the three states (I1, I2, and I3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 28%.
よって、ビスマスと銀の複合酸化物(Ag5(BiO4))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物((Ag5(BiO4))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and silver (Ag 5 (BiO 4 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide ((Ag 5 (BiO 4 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンとニッケルの複合酸化物]
ここで、ランタンとニッケルの複合酸化物(La3Ni2O6.35)について、図18を用いて説明する。
図18に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図18にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図18にて、J1(太線),J2(1点鎖線),J3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of lanthanum and nickel]
Here, a composite oxide of lanthanum and nickel (La 3 Ni 2 O 6.35 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 18 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 18, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 18, J1 (thick line), J2 (one-dot chain line), and J3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ランタンとニッケルの複合酸化物(La3Ni2O6.35)は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of lanthanum and nickel (La 3 Ni 2 O 6.35 ) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ランタンとニッケルの複合酸化物(La3Ni2O6.35)は、図18(a)および図18(b)に示すように、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップEgの大きさが0.00eVとなった。 Since the lanthanum and nickel composite oxide (La 3 Ni 2 O 6.35 ) has many bands in the vicinity of 0 eV as shown in FIGS. 18A and 18B, the size of the band gap Eg is 0. It became 0.000V.
さらに、ランタンとニッケルの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(J1、J2、J3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約23%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the lanthanum-nickel composite oxide averages the three states (J1, J2, J3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 23%.
よって、ランタンとニッケルの複合酸化物(La3Ni2O6.35)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La3Ni2O6.35)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of lanthanum and nickel (La 3 Ni 2 O 6.35 ) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide (La 3 Ni 2 O 6.35 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンとモリブデンの複合酸化物]
ここで、ランタンとモリブデンの複合酸化物(La2(Mo2O7))について、図19を用いて説明する。
図19に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図19にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図19にて、K1(太線),K2(1点鎖線),K3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of lanthanum and molybdenum]
Here, a composite oxide of lanthanum and molybdenum (La 2 (Mo 2 O 7 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 19 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 19, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 19, K1 (thick line), K2 (one-dot chain line), and K3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ランタンとモリブデンの複合酸化物(La2(Mo2O7))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of lanthanum and molybdenum (La 2 (Mo 2 O 7 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ランタンとモリブデンの複合酸化物(La2(Mo2O7))は、図19(a)および図19(b)に示すように、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 The composite oxide of lanthanum and molybdenum (La 2 (Mo 2 O 7 )) has a large number of bands in the vicinity of 0 eV, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b). It became 0.00 eV.
さらに、ランタンとモリブデンの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(K1、K2、K3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、20%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of lanthanum and molybdenum is obtained by averaging the three states (K1, K2, K3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was 20%.
よって、ランタンとモリブデンの複合酸化物(La2(Mo2O7))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2(Mo2O7))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of lanthanum and molybdenum (La 2 (Mo 2 O 7 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (La 2 (Mo 2 O 7 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンとルテニウムの複合酸化物]
ここで、ランタンとルテニウムの複合酸化物(La2(RuO5))について、図20を用いて説明する。
図20に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図20にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図20にて、L1(太線),L2(1点鎖線),L3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of lanthanum and ruthenium]
Here, a composite oxide of lanthanum and ruthenium (La 2 (RuO 5 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 20 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 20, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 20, L1 (thick line), L2 (one-dot chain line), and L3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ランタンとルテニウムの複合酸化物(La2(RuO5))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of lanthanum and ruthenium (La 2 (RuO 5 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ランタンとルテニウムの複合酸化物(La2(RuO5))では、図20(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 In the composite oxide of lanthanum and ruthenium (La 2 (RuO 5 )), as shown in FIG. 20B, there are many bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin. It became 00 eV.
さらに、ランタンとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(L1、L2、L3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約29%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of lanthanum and ruthenium is obtained by averaging the three states (L1, L2, and L3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 29%.
よって、ランタンとルテニウムの複合酸化物(La2(RuO5))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2(RuO5))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of lanthanum and ruthenium (La 2 (RuO 5 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide (La 2 (RuO 5 )) has a structure excluding the perovskite type.
[テルビウムとルテニウムの複合酸化物]
ここで、テルビウムとルテニウムの複合酸化物(Tb2(Ru2O7))について、図21を用いて説明する。
図21に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図21にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図21にて、M1(太線),M2(1点鎖線),M3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of terbium and ruthenium]
Here, a composite oxide of terbium and ruthenium (Tb 2 (Ru 2 O 7 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 21 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 21, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 21, M1 (thick line), M2 (one-dot chain line), and M3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
テルビウムとルテニウムの複合酸化物(Tb2(Ru2O7))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of terbium and ruthenium (Tb 2 (Ru 2 O 7 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
テルビウムとルテニウムの複合酸化物(Tb2(Ru2O7))では、図21(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 In the complex oxide of terbium and ruthenium (Tb 2 (Ru 2 O 7 )), as shown in FIG. 21B, there are many bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so the band gap is large. It became 0.00 eV.
さらに、テルビウムとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(M1、M2、M3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約25%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of terbium and ruthenium averages the three states (M1, M2, M3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 25%.
よって、テルビウムとルテニウムの複合酸化物(Tb2(Ru2O7))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Tb2(Ru2O7))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the terbium and ruthenium composite oxide (Tb 2 (Ru 2 O 7 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20%. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (Tb 2 (Ru 2 O 7 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物]
ここで、ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物(Dy2(Ru2O7))について、図22を用いて説明する。
図22に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図22にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図22にて、N1(太線),N2(1点鎖線),N3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of dysprosium and ruthenium]
Here, a composite oxide of dysprosium and ruthenium (Dy 2 (Ru 2 O 7 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 22 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 22, the vertical axis represents the energy state, and the horizontal axis represents each electron shell. In FIG. 22, N1 (thick line), N2 (one-dot chain line), and N3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物(Dy2(Ru2O7))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 The complex oxide of dysprosium and ruthenium (Dy 2 (Ru 2 O 7 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物(Dy2(Ru2O7))では、図22(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 In the complex oxide of dysprosium and ruthenium (Dy 2 (Ru 2 O 7 )), as shown in FIG. 22 (b), there are many bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so the band gap is large. It became 0.00 eV.
さらに、ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(N1、N2、N3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約25%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of dysprosium and ruthenium averages the three states (N1, N2, and N3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 25%.
よって、ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物(Dy2(Ru2O7))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Dy2(Ru2O7))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of dysprosium and ruthenium (Dy 2 (Ru 2 O 7 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (Dy 2 (Ru 2 O 7 )) has a structure excluding the perovskite type.
[イッテルビウムとクロムの複合酸化物]
ここで、イッテルビウムとクロムの複合酸化物(Yb(CrO4))について、図23を用いて説明する。
図23に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図23にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図23にて、O1(太線),O2(1点鎖線),O3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Compound oxide of ytterbium and chromium]
Here, a composite oxide of ytterbium and chromium (Yb (CrO 4 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 23 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 23, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 23, O1 (thick line), O2 (one-dot chain line), and O3 (dotted line) indicate three electronic states having low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
イッテルビウムとクロムの複合酸化物(Yb(CrO4))は、AxByOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 A complex oxide of ytterbium and chromium (Yb (CrO 4 )) is composed of AxByOz, wherein A is a transition metal and B is a transition metal.
イッテルビウムとクロムの複合酸化物(Yb(CrO4))は、図23(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップの大きさが0.00eVとなった。 As shown in FIG. 23B, the ytterbium-chromium complex oxide (Yb (CrO 4 )) has many bands in the vicinity of 0 eV in the lower spin, so that the band gap size is 0.00 eV. It became.
さらに、イッテルビウムとクロムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(O1、O2、O3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約21%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the complex oxide of ytterbium and chromium averages the three states (O1, O2, O3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio of was quantified and was about 21%.
よって、イッテルビウムとクロムの複合酸化物(Yb(CrO4))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Yb(CrO4))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of ytterbium and chromium (Yb (CrO 4 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen band content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range. This composite oxide (Yb (CrO 4 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスとコバルトの複合酸化物]
ここで、ビスマスとコバルトの複合酸化物((Bi12.24Co10.8)Co2O40)について、図24を用いて説明する。
図24に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図24にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図24にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図24にて、P1(太線),P2(1点鎖線),P3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and cobalt]
Here, a composite oxide of bismuth and cobalt ((Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 24 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 24, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 24, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 24, P1 (thick line), P2 (one-dot chain line), and P3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスとコバルトの複合酸化物((Bi12.24Co10.8)Co2O40)は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 Bismuth and cobalt complex oxide ((Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 ) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスとコバルトの複合酸化物((Bi12.24Co10.8)Co2O40)は、図24(a)に示すように、約0.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.43eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが1.43eVとなった。 Bismuth and cobalt composite oxide ((Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 ) has a valence band in the region Ev below about 0.00 eV, as shown in FIG. The region Ec above .43 eV became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 1.43 eV.
さらに、ビスマスとコバルトの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(P1、P2、P3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約31%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the bismuth-cobalt complex oxide averages the three states (P1, P2, P3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was quantified and was about 31%.
よって、ビスマスとコバルトの複合酸化物((Bi12.24Co10.8)Co2O40)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物((Bi12.24Co10.8)Co2O40)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and cobalt ((Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 ) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range of 20% or more. This composite oxide ((Bi 12.24 Co 10.8 ) Co 2 O 40 ) had a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスとニッケルの複合酸化物]
ここで、ビスマスとニッケルの複合酸化物((Bi19.68Ni4.32)Ni2O40)について、図25を用いて説明する。
図25に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図25にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図25にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図25にて、Q1(太線),Q2(1点鎖線),Q3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and nickel]
Here, a composite oxide of bismuth and nickel ((Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 25 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 25, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 25, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 25, Q1 (thick line), Q2 (one-dot chain line), and Q3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスとニッケルの複合酸化物((Bi19.68Ni4.32)Ni2O40)は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 Bismuth and nickel complex oxide ((Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 ) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスとニッケルの複合酸化物((Bi19.68Ni4.32)Ni2O40)は、図25(b)に示すように、約0.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.00eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが1.00eVとなった。 Bismuth and nickel composite oxide ((Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 ) has a valence band in the region Ev below about 0.00 eV, as shown in FIG. The region Ec above 0.000 eV became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 1.00 eV.
さらに、ビスマスとニッケルの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(Q1、Q2、Q3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約24%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth and nickel is obtained by averaging the three states (Q1, Q2, Q3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 24%.
よって、ビスマスとニッケルの複合酸化物((Bi19.68Ni4.32)Ni2O40)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物((Bi19.68Ni4.32)Ni2O40)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and nickel ((Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 ) has a band gap of 3.0 eV or less and the oxygen band content of the conduction band as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range of 20% or more. This composite oxide ((Bi 19.68 Ni 4.32 ) Ni 2 O 40 ) had a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスと金の複合酸化物]
ここで、ビスマスと金の複合酸化物(Bi2(AuO5))について、図26を用いて説明する。
図26に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図26にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図26にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図26にて、R1(太線),R2(1点鎖線),R3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth and gold]
Here, a composite oxide of bismuth and gold (Bi 2 (AuO 5 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 26 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 26, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 26, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 26, R1 (thick line), R2 (one-dot chain line), and R3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスと金の複合酸化物(Bi2(AuO5))は、AxByOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属である複合酸化物である。 Bismuth and gold complex oxide (Bi 2 (AuO 5 )) is composed of AxByOz, wherein A is bismuth and B is a transition metal.
ビスマスと金の複合酸化物(Bi2(AuO5))は、図26(a)に示すように、約−0.20eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約1.57eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが1.77eVとなった。 As shown in FIG. 26 (a), the bismuth-gold composite oxide (Bi 2 (AuO 5 )) has a valence band in the region Ev below about −0.20 eV, whereas from about 1.57 eV. The upper region Ec became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 1.77 eV.
さらに、ビスマスと金の複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(R1、R2、R3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約47%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth and gold is obtained by averaging the three states (R1, R2, R3) immediately above the Fermi level (conduction band) to the electronic state of the oxygen atom. The contribution ratio was numerically and was about 47%.
よって、ビスマスと金の複合酸化物(Bi2(AuO5))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Bi2(AuO5))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth and gold (Bi 2 (AuO 5 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide (Bi 2 (AuO 5 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物]
ここで、ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物(La2(CoIrO6))について、図27を用いて説明する。
図27に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図27にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図27にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図27にて、S1(太線),S2(1点鎖線),S3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of lanthanum, cobalt and iridium]
Here, a composite oxide of lanthanum, cobalt, and iridium (La 2 (CoIrO 6 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 27 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 27, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 27, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 27, S1 (thick line), S2 (one-dot chain line), and S3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物(La2(CoIrO6))は、AxByCwOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of lanthanum, cobalt, and iridium (La 2 (CoIrO 6 )) is composed of AxByCwOz, wherein A is a transition metal, B is a transition metal, and C is a transition metal. is there.
ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物(La2(CoIrO6))は、図27(b)に示すように、約0.00eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約0.50eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが0.50eVとなった。 The composite oxide of lanthanum, cobalt, and iridium (La 2 (CoIrO 6 )) has a valence band in the region Ev below about 0.00 eV, as shown in FIG. The upper region Ec became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 0.50 eV.
さらに、ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(S1、S2、S3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約27%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of lanthanum, cobalt, and iridium is obtained by averaging the three states (S1, S2, S3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution to the state was quantified and was about 27%.
よって、ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物(La2(CoIrO6))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2(CoIrO6))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of lanthanum, cobalt, and iridium (La 2 (CoIrO 6 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen band content of the conduction band of 20% as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the above range. This composite oxide (La 2 (CoIrO 6 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物]
ここで、ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物(La2NiRuO6)について、図28を用いて説明する。
図28に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図28にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図28にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図28にて、T1(太線),T2(1点鎖線),T3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of lanthanum, nickel and ruthenium]
Here, a composite oxide (La 2 NiRuO 6 ) of lanthanum, nickel, and ruthenium will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 28 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 28, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 28, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 28, T1 (thick line), T2 (one-dot chain line), and T3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物(La2NiRuO6)は、AxByCwOzからなり、前記Aが遷移金属であり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of lanthanum, nickel, and ruthenium (La 2 NiRuO 6 ) is composed of AxByCwOz, and is a composite oxide in which A is a transition metal, B is a transition metal, and C is a transition metal.
ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物(La2NiRuO6)は、図28(b)に示すように、約0.40eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約0.80eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが0.40eVとなった。 As shown in FIG. 28B, the composite oxide of lanthanum, nickel, and ruthenium (La 2 NiRuO 6 ) has a valence band in the region Ev below about 0.40 eV, while it is above about 0.80 eV. The region Ec becomes a conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 0.40 eV.
さらに、ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(T1、T2、T3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、20%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of lanthanum, nickel, and ruthenium is obtained by averaging the three states (T1, T2, T3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution to the state was quantified and was 20%.
よって、ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物(La2NiRuO6)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2NiRuO6)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the lanthanum, nickel, and ruthenium composite oxide (La 2 NiRuO 6 ) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band of 20% or more. It was confirmed to be within the range of the region F indicating a certain range. This composite oxide (La 2 NiRuO 6 ) has a structure excluding the perovskite type.
[亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物]
ここで、亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物(La2Zn(RhO6))について、図29を用いて説明する。
図29に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図29にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図29にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図29にて、U1(太線),U2(1点鎖線),U3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of zinc, lanthanum and rhodium]
Here, a composite oxide of zinc, lanthanum, and rhodium (La 2 Zn (RhO 6 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 29 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 29, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 29, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 29, U1 (thick line), U2 (one-dot chain line), and U3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物(La2Zn(RhO6))は、AxByCwOzからなり、前記Aが亜鉛であり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of zinc, lanthanum, and rhodium (La 2 Zn (RhO 6 )) is composed of AxByCwOz, wherein A is zinc, B is a transition metal, and C is a transition metal. is there.
亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物(La2Zn(RhO6))は、図29(a)に示すように、約−0.20eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約2.03eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが2.23eVとなった。 As shown in FIG. 29A, a composite oxide of zinc, lanthanum, and rhodium (La 2 Zn (RhO 6 )) has a valence band in the region Ev below about −0.20 eV. The region Ec above 0.03 eV became the conduction band. The size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 2.23 eV.
さらに、亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(U1、U2、U3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約34%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of zinc, lanthanum, and rhodium averages the electrons of oxygen atoms by averaging the three states (U1, U2, U3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution to the state was quantified and was about 34%.
よって、亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物(La2Zn(RhO6))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2Zn(RhO6))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the composite oxide of zinc, lanthanum, and rhodium (La 2 Zn (RhO 6 )) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of a conduction band of 20 % Was confirmed to be within the range of the region F indicating the range of at least%. This composite oxide (La 2 Zn (RhO 6 )) has a structure excluding the perovskite type.
[亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物]
ここで、亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物(La2(IrZnO6))について、図30を用いて説明する。
図30に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図30にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図30にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図30にて、V1(太線),V2(1点鎖線),V3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of zinc, lanthanum and iridium]
Here, a composite oxide of zinc, lanthanum, and iridium (La 2 (IrZnO 6 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 30 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 30, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 30, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 30, V1 (thick line), V2 (one-dot chain line), and V3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物(La2(IrZnO6)は、AxByCwOzからなり、前記Aが亜鉛であり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属である複合酸化物である。 A composite oxide of zinc, lanthanum, and iridium (La 2 (IrZnO 6 )) is a composite oxide composed of AxByCwOz, where A is zinc, B is a transition metal, and C is a transition metal.
亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物(La2(IrZnO6)は、図30(a)に示すように、約−0.15eVより下方の領域Evが価電子帯となる一方、約2.00eVより上方の領域Ecが伝導帯となった。これらの領域の間の禁制帯(バンドギャップ)Egの大きさが2.15eVとなった。 As shown in FIG. 30 (a), a composite oxide of zinc, lanthanum, and iridium (La 2 (IrZnO 6 )) has a valence band in the region Ev below about −0.15 eV, whereas it is about 2.00 eV. The upper region Ec became the conduction band, and the size of the forbidden band (band gap) Eg between these regions was 2.15 eV.
さらに、亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(V1、V2、V3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約34%であった。 Further, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of zinc, lanthanum, and iridium is obtained by averaging the three states (V1, V2, and V3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution to the state was quantified and was about 34%.
よって、亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物(La2(IrZnO6)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(La2(IrZnO6)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, as shown in FIG. 3, the composite oxide of zinc, lanthanum, and iridium (La 2 (IrZnO 6 ) has a band gap of 3.0 eV or less and the oxygen band content of the conduction band is 20% or more. The composite oxide (La 2 (IrZnO 6 )) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物]
ここで、ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物(Bi2Ga2Fe2O9)について、図31を用いて説明する。
図31に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図31にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図31にて、Ecは伝導帯を示し、Evは価電子帯を示し、Egは禁制帯を示す。図31にて、W1(太線),W2(1点鎖線),W3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth, iron and gallium]
Here, a composite oxide of bismuth, iron, and gallium (Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 ) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 31 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 31, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 31, Ec represents a conduction band, Ev represents a valence band, and Eg represents a forbidden band. In FIG. 31, W1 (thick line), W2 (one-dot chain line), and W3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物(Bi2Ga2Fe2O9)は、AxByCwOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属であり、前記Cがガリウムである複合酸化物である。 A composite oxide of bismuth, iron and gallium (Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 ) is composed of AxByCwOz, wherein A is bismuth, B is a transition metal, and C is gallium. is there.
ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物(Bi2Ga2Fe2O9)は、図31(a)に示すように、上向きスピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップEgの大きさが0.00eVとなった。 The composite oxide of bismuth, iron and gallium (Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 ) has many bands in the vicinity of 0 eV due to upward spin as shown in FIG. Became 0.00 eV.
さらに、ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(W1、W2、W3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約24%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth, iron, and gallium is obtained by averaging the three states (W1, W2, W3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution rate to the state was quantified and was about 24%.
よって、ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物(Bi2Ga2Fe2O9)が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Bi2Ga2Fe2O9)は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth, iron, and gallium (Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 ) has a band gap of 3.0 eV or less and an oxygen orbital content of the conduction band as shown in FIG. It was confirmed to be within the range of the region F indicating the range of 20% or more. This composite oxide (Bi 2 Ga 2 Fe 2 O 9 ) has a structure excluding the perovskite type.
[ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物]
ここで、ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物((Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))について、図32を用いて説明する。
図32に示すバンド構造は、バンド計算(例えば、第一原理バンド計算)により求められたバンド構造である。図32にて、縦軸はエネルギー状態を示し、横軸は各電子殻を示す。図32にて、X1(太線),X2(1点鎖線),X3(点線)が、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)におけるエネルギー順位の低い3つの電子状態を示す。
[Composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium]
Here, a composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium ((Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) will be described with reference to FIG.
The band structure shown in FIG. 32 is a band structure obtained by band calculation (for example, first principle band calculation). In FIG. 32, the vertical axis indicates the energy state, and the horizontal axis indicates each electron shell. In FIG. 32, X1 (thick line), X2 (one-dot chain line), and X3 (dotted line) indicate three electronic states with low energy ranks immediately above the Fermi level (conduction band).
ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物((Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))は、AxByCwOzからなり、前記Aがビスマスであり、前記Bが遷移金属であり、前記Cが遷移金属である複合酸化物である。 The composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium ((Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) is made of AxByCwOz, the A is bismuth, the B is a transition metal, and the C is a transition metal. It is a complex oxide.
ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物((Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))は、図32(b)に示すように、下側スピンにて、バンドが0eV付近に多数あるため、バンドギャップEgの大きさが0.00eVとなった。 The composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium ((Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) has many bands near 0 eV in the lower spin, as shown in FIG. The size of the band gap Eg was 0.00 eV.
さらに、ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物の伝導帯バンドの酸素軌道含有率は、フェルミレベルの直上(伝導帯バンド)の3つの状態(X1、X2、X3)を平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化したものであり、約25%であった。 Furthermore, the oxygen orbital content of the conduction band of the composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium is obtained by averaging the three states (X1, X2, and X3) immediately above the Fermi level (conduction band). The contribution rate to the state was quantified and was about 25%.
よって、ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物((Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))が、図3に示すように、バンドギャップが3.0eV以下であり、且つ伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である範囲を示す領域Fの範囲内にあると確認された。この複合酸化物(Bi0.2Y1.8)(Ru2O7))は、ペロブスカイト型を除く構造であった。 Therefore, the composite oxide of bismuth, yttrium, and ruthenium ((Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) has a band gap of 3.0 eV or less and oxygen in the conduction band as shown in FIG. It was confirmed that the content of the orbit was within the range of the region F indicating the range of 20% or more. This composite oxide (Bi 0.2 Y 1.8 ) (Ru 2 O 7 )) has a structure excluding the perovskite type.
[複合酸化物の調製方法]
上述した複合酸化物(亜鉛とマンガンの複合酸化物、コバルトとマンガンの複合酸化物、ビスマスとモリブデンの複合酸化物、ニッケルとクロムの複合酸化物、鉄とモリブデンの複合酸化物、ニッケルとモリブデンの複合酸化物、銅とクロムの複合酸化物、銅とモリブデンの複合酸化物、銅とタングステンの複合酸化物、イットリウムとルテニウムの複合酸化物、ホルミウムとマンガンの複合酸化物、ビスマスと銀の複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物、ランタンとモリブデンの複合酸化物、ランタンとルテニウムの複合酸化物、テルビウムとルテニウムの複合酸化物、ジスプロシウムとルテニウムの複合酸化物、イッテルビウムとクロムの複合酸化物、ビスマスとコバルトの複合酸化物、ビスマスとニッケルの複合酸化物、ビスマスと金の複合酸化物、ランタンとコバルトとイリジウムの複合酸化物、ランタンとニッケルとルテニウムの複合酸化物、亜鉛とランタンとロジウムの複合酸化物、亜鉛とランタンとイリジウムの複合酸化物、ビスマスと鉄とガリウムの複合酸化物、ビスマスとイットリウムとルテニウムの複合酸化物)は、各金属元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩または塩化物などを所定の割合で混合し、最終的に600〜1000℃、好ましくは700〜900℃で2〜10時間程度焼成して調製することができる。
[Preparation method of composite oxide]
Complex oxides mentioned above (zinc and manganese complex oxide, cobalt and manganese complex oxide, bismuth and molybdenum complex oxide, nickel and chromium complex oxide, iron and molybdenum complex oxide, nickel and molybdenum complex oxide Complex oxides, complex oxides of copper and chromium, complex oxides of copper and molybdenum, complex oxides of copper and tungsten, complex oxides of yttrium and ruthenium, complex oxides of holmium and manganese, complex oxides of bismuth and silver Lanthanum and nickel composite oxide, lanthanum and molybdenum composite oxide, lanthanum and ruthenium composite oxide, terbium and ruthenium composite oxide, dysprosium and ruthenium composite oxide, ytterbium and chromium composite oxide, Bismuth and cobalt composite oxide, bismuth and nickel composite oxide, bis Composite oxide of lanthanum, cobalt and iridium, composite oxide of lanthanum, nickel and ruthenium, composite oxide of zinc, lanthanum and rhodium, composite oxide of zinc, lanthanum and iridium, bismuth and Complex oxide of iron and gallium, complex oxide of bismuth, yttrium and ruthenium), oxide, hydroxide, carbonate, nitrate, sulfate, acetate, oxalate or chloride of each metal element It can be prepared by mixing at a predetermined ratio and finally baking at 600 to 1000 ° C., preferably 700 to 900 ° C. for about 2 to 10 hours.
上記各金属元素の塩の混合方法としては、それぞれの金属塩を固体状態で混合する方法、それぞれの金属塩の溶液(水溶液など)を混合した後に蒸発乾固する方法、それぞれの金属塩の混合溶液をアンモニア水等のアルカリ溶液で加水分解する共沈法などを用いることができる。具体的には、ボールミル混合による固相法、共沈法、熱分解法などが採用できる。 As a method for mixing each metal element salt, a method in which each metal salt is mixed in a solid state, a method in which each metal salt solution (such as an aqueous solution) is mixed and then evaporated to dryness, and each metal salt is mixed. A coprecipitation method in which the solution is hydrolyzed with an alkaline solution such as aqueous ammonia can be used. Specifically, a solid phase method by ball mill mixing, a coprecipitation method, a thermal decomposition method, or the like can be employed.
例えば、亜鉛とマンガンの複合酸化物(ZnMn2O4)を調製するに当たり、原料物質として、酸化亜鉛、酸化マンガンを用意する。これらの原料物資を量論で得られるような割合で粉末を仮混合する。更に溶媒(エタノールや分散剤など)を加えて、ボールミルで20時間混合する。その後、120℃で乾燥させ、850℃で10時間焼成することにより複合酸化物を得ることができる。 For example, in preparing a composite oxide of zinc and manganese (ZnMn 2 O 4 ), zinc oxide and manganese oxide are prepared as raw materials. The powders are temporarily mixed at such a ratio that these raw materials can be obtained by stoichiometry. Further, a solvent (ethanol, dispersant, etc.) is added and mixed for 20 hours with a ball mill. Thereafter, the composite oxide can be obtained by drying at 120 ° C. and firing at 850 ° C. for 10 hours.
したがって、本実施形態に係る排ガス処理触媒の選定方法によれば、複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、前記バンド構造に基づき、バンドギャップを算出すると共に、前記バンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、候補となる複合酸化物を選定することにより、白金代替触媒であり、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する排ガス処理触媒を高精度に予測して、当該触媒能を発現する物質を選考する労力を軽減することができる。 Therefore, according to the method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to the present embodiment, the band structure of the composite oxide is obtained by scientific calculation, the band gap is calculated based on the band structure, and immediately above the Fermi level in the band structure. The oxygen band orbital content of the conduction band is calculated by averaging the three electronic states having low energy ranks at, and quantifying the contribution ratio of oxygen atoms to the electronic state. A catalyst that is a platinum substitute catalyst by selecting candidate composite oxides based on the content rate, and makes the combustion start temperature of particulate matter equal to or lower than that of platinum-based catalysts Therefore, it is possible to predict an exhaust gas treatment catalyst exhibiting high performance with high accuracy, and to reduce labor for selecting a substance that exhibits the catalytic performance.
さらに、既知である白金系触媒および既知であるペロブスカイト型の複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、当該バンド構造に基づき、前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物のバンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物の前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、前記候補となる複合酸化物を選定することにより、微粒子状物質の燃焼開始温度が前記白金系触媒の場合と比べて同等またはそれよりも低くなる触媒能を発現する高触媒能発現グループと、微粒子状物質の燃焼開始温度が前記白金系触媒の場合と比べて高くなる触媒能を発現する低触媒能発現グループとに分類でき、白金系触媒と高触媒能発現グループと低触媒能発現グループに関して、バンドギャップと伝導帯バンドの酸素軌道含有率の分布を求め、この分布に基づき候補となる複合酸化物を選定することができる。よって、白金代替触媒であり、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する排ガス処理触媒をより一層高精度に予測して、当該触媒能を発現する物質を選考する労力を軽減することができる。 Furthermore, the band structure of the known platinum-based catalyst and the known perovskite-type composite oxide is obtained by scientific calculation. Based on the band structure, the band gap and conduction of the platinum-based catalyst and the perovskite-type composite oxide are determined. Calculate the oxygen orbital content of the band and select the candidate composite oxide based on the bandgap and the oxygen orbital content of the conduction band of the platinum-based catalyst and the perovskite-type composite oxide. Thus, a high catalytic activity expression group that exhibits catalytic ability in which the combustion start temperature of the particulate matter is equal to or lower than that of the platinum-based catalyst, and the combustion start temperature of the particulate matter is the platinum-based material. It can be classified into low catalytic ability expression group that expresses higher catalytic ability compared to the case of catalyst, platinum catalyst and high catalytic ability Regard the current group and the low catalytic activity expression group obtains a distribution of oxygen trajectory content of conduction band and the band gap, it is possible to select a composite oxide having a candidate on the basis of this distribution. Therefore, an exhaust gas treatment catalyst that is a platinum substitute catalyst and that exhibits catalytic ability to make the combustion start temperature of the particulate matter equal to or lower than that of the platinum catalyst is predicted with higher accuracy. Thus, it is possible to reduce labor for selecting a substance that exhibits the catalytic ability.
また、複合酸化物の上向きスピンおよび下向きスピンのバンド構造を科学計算によりそれぞれ求め、前記上向きスピンのバンド構造および前記下向きスピンのバンド構造におけるバンドギャップをそれぞれ算出し、前記上向きスピンのバンドギャップと前記下向きスピンのバンドギャップとを比較して小さい方のバンドギャップに基づき、候補となる複合酸化物を選定することにより、前記複合酸化物が磁性体であるときであっても、白金代替触媒であり、微粒子状物質の燃焼開始温度を白金系触媒の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くする触媒能を発現する排ガス処理触媒を高精度に予測して、当該触媒能を発現する物質を選考する労力を軽減することができる。 Further, the upward spin and the downward spin band structures of the composite oxide are respectively obtained by scientific calculation, and the band gaps of the upward spin band structure and the downward spin band structure are calculated, respectively. By selecting a candidate composite oxide based on the smaller band gap compared to the band gap of the downward spin, even if the composite oxide is a magnetic substance, it is a platinum substitute catalyst. , A substance that expresses the exhaust gas treatment catalyst that expresses the catalytic ability to make the combustion start temperature of the particulate matter equal to or lower than that of the platinum-based catalyst with high accuracy, and expresses the catalytic ability Can reduce the labor of selecting.
本発明に係る排ガス処理触媒の効果を確認するために行った確認試験を以下に説明するが、本発明は以下に説明する確認試験のみに限定されるものではない。 Although the confirmation test performed in order to confirm the effect of the exhaust gas treatment catalyst according to the present invention will be described below, the present invention is not limited only to the confirmation test described below.
[試験体の作製]
排ガス処理触媒(複合酸化物)の組成と燃焼開始温度との関係を確認するために、上述した実施形態で説明した複合酸化物の調製方法に基づいて、ZnMn2O4の複合酸化物からなる触媒(試験体1)と、Co2Mn3O8の複合酸化物からなる触媒(試験体2)と、Bi2MoO6の複合酸化物からなる触媒(試験体3)と、NiCrO4の複合酸化物からなる触媒(試験体4)とを作製した。なお、参照例として、触媒が無いもの(参照試験体1)と、Al2O3の基材にPtを担持したもの(参照試験体2)も作製した。
[Preparation of specimen]
In order to confirm the relationship between the composition of the exhaust gas treatment catalyst (composite oxide) and the combustion start temperature, the composite oxide of ZnMn 2 O 4 is used based on the composite oxide preparation method described in the above embodiment. A catalyst (test body 1), a catalyst (test body 2) made of a composite oxide of Co 2 Mn 3 O 8 , a catalyst (test body 3) made of a composite oxide of Bi 2 MoO 6, and a composite of NiCrO 4 An oxide catalyst (test body 4) was prepared. As reference examples, a sample without a catalyst (reference test sample 1) and an Al 2 O 3 base material carrying Pt (reference test sample 2) were also produced.
[試験方法]
本試験では、黒煙の燃焼開始温度によって煙燃焼活性評価を行った。黒煙を模した活性炭粉末と触媒を混合した混合試料を作製し、この混合試料を所定のガス流通下で昇温し、発生するCO2を燃焼反応とみなして、CO2生成開始温度を微粒子状物質の燃焼開始温度として評価を行った。この燃焼開始温度は、CO2温度分布でCO2濃度が吸蔵する領域の傾きを温度軸へ外挿したものとした。生成したガスについて、CO,CO2及びNOx濃度を連続して計測して分析した。
[Test method]
In this test, the smoke combustion activity was evaluated based on the combustion start temperature of black smoke. A mixed sample in which activated carbon powder imitating black smoke and a catalyst is mixed, the mixed sample is heated under a predetermined gas flow, the generated CO 2 is regarded as a combustion reaction, and the CO 2 production start temperature is set to a fine particle. The temperature was evaluated as the combustion start temperature of the particulate material. The combustion start temperature was obtained by extrapolating the slope of the region where the CO 2 concentration is stored in the CO 2 temperature distribution to the temperature axis. The generated gas was analyzed by continuously measuring the CO, CO 2 and NOx concentrations.
具体的には、触媒粉末(上述した試験体1)を市販の活性炭粉末(和光社製)5wt%と混合し、少量のアルコールを添加し、メノウ乳鉢で良く攪拌・混合後、60℃で乾燥させる。分級したSiO2粉末で約50wt%に希釈した試料を固定床流通式マイクロリアクターに充填し、ガス流通下で昇温しつつ(昇温反応法)、発生するガスの分析を行い、温度と発生ガスの相関を調べることで黒煙燃焼性能を評価した。このときの評価条件を下記の表1に示す。なお、試験体2,3,4および参照試験体2についても、前述した試験体1の場合と同様の手法にて試料をそれぞれ作製し、これら試料についても前述した試験体1の場合と同様の手法にてそれぞれ評価を行った。参照試験体1については、市販の活性炭粉末(和光社製)5wt%に少量のアルコールを添加し、メノウ乳鉢で良く攪拌・混合後、60℃で乾燥させ、分級したSiO2粉末で約50wt%に希釈した試料を作製し、この試料について前述した試験体1の場合と同様の手法にて評価を行った。
Specifically, the catalyst powder (
[試験結果]
上記表1の条件で評価した結果について下記表2に示す。
[Test results]
The results evaluated under the conditions in Table 1 above are shown in Table 2 below.
上記表2に示すように、亜鉛とマンガンの複合酸化物である試験体1(ZnMn2O4)では、活性炭の燃焼開始温度が270℃であることが明らかとなった。コバルトとマンガンの複合酸化物である試験体2(Co2Mn3O8)では、活性炭の燃焼開始温度が272℃であることが明らかとなった。ビスマスとモリブデンの複合酸化物である試験体3(Bi2MoO6)では、活性炭の燃焼開始温度が280℃であることが明らかとなった。ニッケルとクロムの複合酸化物である試験体4(NiCrO4)では、活性炭の燃焼開始温度が285℃であることが明らかとなった。 As shown in Table 2 above, it was revealed that in the specimen 1 (ZnMn 2 O 4 ), which is a composite oxide of zinc and manganese, the combustion start temperature of activated carbon was 270 ° C. In the specimen 2 (Co 2 Mn 3 O 8 ), which is a complex oxide of cobalt and manganese, it became clear that the combustion start temperature of the activated carbon was 272 ° C. In the specimen 3 (Bi 2 MoO 6 ), which is a composite oxide of bismuth and molybdenum, it became clear that the combustion start temperature of the activated carbon was 280 ° C. In the specimen 4 (NiCrO 4 ), which is a composite oxide of nickel and chromium, it became clear that the combustion start temperature of activated carbon was 285 ° C.
また、触媒が無い参照試験体1では、活性炭の燃焼開始温度が434℃であることが明らかとなった。白金をアルミナに担持した白金系触媒である参照試験体2(Pt/Al2O3)では、活性炭の燃焼開始温度が285℃であることが明らかとなった。
Moreover, in the
すなわち、試験体1(ZnMn2O4)では、活性炭の燃焼開始温度が参照試験体2(Pt/Al2O3)の場合と比べて低くなることが確認された。試験体2(CoMn3O8)では、活性炭の燃焼開始温度が参照試験体2(Pt/Al2O3)の場合と比べて低くなることが確認された。試験体3(Bi2MoO6)では、活性炭の燃焼開始温度が参照試験体2(Pt/Al2O3)の場合と比べて低くなることが確認された。試験体4(NiCrO4)では、活性炭の燃焼開始温度が参照試験体2(Pt/Al2O3)の場合と比べて同等になることが確認された。 That is, it was confirmed that in the test body 1 (ZnMn 2 O 4 ), the combustion start temperature of the activated carbon is lower than that in the case of the reference test body 2 (Pt / Al 2 O 3 ). In the test body 2 (CoMn 3 O 8 ), it was confirmed that the combustion start temperature of the activated carbon was lower than that in the case of the reference test body 2 (Pt / Al 2 O 3 ). In the test body 3 (Bi 2 MoO 6 ), it was confirmed that the combustion start temperature of the activated carbon was lower than that in the case of the reference test body 2 (Pt / Al 2 O 3 ). In the specimen 4 (NiCrO 4 ), it was confirmed that the combustion start temperature of the activated carbon was equivalent to that in the case of the reference specimen 2 (Pt / Al 2 O 3 ).
したがって、複合酸化物の試験体1,2,3,4によれば、白金代替触媒であって、活性炭の燃焼開始温度を参照試験体2(Pt/Al2O3)の場合と比べて同等にする、またはそれよりも低くすることができることが確認された。
Therefore, according to the
本発明に係る排ガス処理触媒およびその選定方法は、自動車やプラントから排出される排ガスを処理する排ガス処理触媒およびその選定方法などに利用することが可能である。 The exhaust gas treatment catalyst and the selection method thereof according to the present invention can be used for an exhaust gas treatment catalyst for treating exhaust gas discharged from an automobile or a plant, a selection method thereof, and the like.
Claims (7)
AxByOzまたはAxByCwOzからなり、
前記Aが遷移金属またはビスマスまたは亜鉛のいずれか一つであり、
前記Bが遷移金属であり、
前記Cが遷移金属またはガリウムのいずれか一つであり、
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンドギャップが3.0eV以下であり、且つ、
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzのバンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率が20%以上である
ことを特徴とする排ガス処理触媒。 An exhaust gas treatment catalyst that promotes combustion of particulate matter contained in exhaust gas,
It consists of AxByOz or AxByCwOz,
A is any one of transition metal, bismuth or zinc,
B is a transition metal,
The C is one of a transition metal or gallium;
The band gap of the AxByOz or the AxByCwOz is 3.0 eV or less, and
In the band structure of the AxByOz or the AxByCwOz, the oxygen orbital content of the conduction band obtained by quantifying the contribution ratio of the oxygen atom to the electronic state by averaging the three electronic states having low energy ranks immediately above the Fermi level in the band structure of 20 Exhaust gas treatment catalyst characterized by being at least%.
前記AxByOzまたは前記AxByCwOzがペロブスカイト型を除く構造である
ことを特徴とする排ガス処理触媒。 An exhaust gas treatment catalyst according to claim 1,
The exhaust gas treatment catalyst, wherein the AxByOz or the AxByCwOz has a structure excluding a perovskite type.
前記Aと前記Bが、亜鉛とマンガン、コバルトとマンガン、ビスマスとモリブデン、ニッケルとクロム、鉄とモリブデン、ニッケルとモリブデン、銅とクロム、銅とモリブデン、銅とタングステン、イットリウムとルテニウム、ホルミウムとマンガン、ビスマスと銀、ランタンとニッケル、ランタンとモリブデン、ランタンとルテニウム、テルビウムとルテニウム、ジスプロシウムとルテニウム、イッテルビウムとクロム、ビスマスとコバルト、ビスマスとニッケル、ビスマスと金の組み合わせの何れかである
ことを特徴とする排ガス処理触媒。 An exhaust gas treatment catalyst according to claim 1 or claim 2,
A and B are zinc and manganese, cobalt and manganese, bismuth and molybdenum, nickel and chromium, iron and molybdenum, nickel and molybdenum, copper and chromium, copper and molybdenum, copper and tungsten, yttrium and ruthenium, holmium and manganese. Bismuth and silver, lanthanum and nickel, lanthanum and molybdenum, lanthanum and ruthenium, terbium and ruthenium, dysprosium and ruthenium, ytterbium and chromium, bismuth and cobalt, bismuth and nickel, bismuth and gold Exhaust gas treatment catalyst.
前記Aと前記Bと前記Cが、ランタンとコバルトとイリジウム、ランタンとニッケルとルテニウム、亜鉛とランタンとロジウム、亜鉛とランタンとイリジウム、ビスマスと鉄とガリウム、ビスマスとイットリウムとルテニウムの組み合わせの何れかである
ことを特徴とする排ガス処理触媒。 An exhaust gas treatment catalyst according to claim 1 or claim 2,
The A, B, and C are any combination of lanthanum, cobalt, iridium, lanthanum, nickel, ruthenium, zinc, lanthanum, rhodium, zinc, lanthanum, iridium, bismuth, iron, gallium, bismuth, yttrium, and ruthenium. An exhaust gas treatment catalyst characterized by
前記複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、
前記バンド構造に基づき、バンドギャップを算出すると共に、
前記バンド構造におけるフェルミレベルの直上にてエネルギー順位の低い3つの電子状態について平均して酸素原子の電子状態への寄与率を数値化した伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、
前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする排ガス処理触媒の選定方法。 A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst for selecting a candidate for an exhaust gas treatment catalyst comprising a composite oxide that promotes combustion of particulate matter contained in exhaust gas,
Obtaining the band structure of the composite oxide by scientific calculation,
Based on the band structure, the band gap is calculated,
The oxygen orbital content of the conduction band is calculated by averaging the contribution ratio of the oxygen atom to the electronic state by averaging the three electronic states having a low energy level immediately above the Fermi level in the band structure,
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst, comprising selecting a candidate complex oxide based on the oxygen orbital content of the band gap and the conduction band.
既知である白金系触媒および既知であるペロブスカイト型の複合酸化物のバンド構造を科学計算により求め、
当該バンド構造に基づき、前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物のバンドギャップおよび伝導帯バンドの酸素軌道含有率を算出し、
前記白金系触媒および前記ペロブスカイト型の複合酸化物の前記バンドギャップおよび前記伝導帯バンドの酸素軌道含有率に基づき、前記候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする排ガス処理触媒の選定方法。 A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to claim 5,
The band structure of a known platinum-based catalyst and a known perovskite-type composite oxide is obtained by scientific calculation,
Based on the band structure, the band gap of the platinum-based catalyst and the perovskite complex oxide and the oxygen orbital content of the conduction band are calculated.
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst, wherein the candidate composite oxide is selected based on the band gap of the platinum-based catalyst and the perovskite-type composite oxide and the oxygen orbital content of the conduction band. .
前記複合酸化物の上向きスピンおよび下向きスピンのバンド構造を科学計算によりそれぞれ求め、
前記上向きスピンのバンド構造および前記下向きスピンのバンド構造におけるバンドギャップをそれぞれ算出し、
前記上向きスピンのバンドギャップと前記下向きスピンのバンドギャップとを比較して小さい方のバンドギャップに基づき、前記候補となる複合酸化物を選定する
ことを特徴とする排ガス処理触媒の選定方法。 A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst according to claim 5 or 6,
Obtaining the band structure of the upward spin and the downward spin of the composite oxide by scientific calculation,
Calculate the band gap in the band structure of the upward spin and the band structure of the downward spin, respectively.
A method for selecting an exhaust gas treatment catalyst, wherein the candidate composite oxide is selected based on a smaller band gap by comparing the band gap of the upward spin and the band gap of the downward spin.
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