(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかと、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかと、Ｍｇとを含有し、
下記組成式（１）で表され、
バンドギャップが、２．７６ｅＶ以下であり、
価電子帯の上端と、伝導帯の下端との間に、二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位があることを特徴とする酸窒化物。
Ａ１．０−ｘＭｇｘＢＯ２Ｎ    ・・・組成式（１）
前記組成式（１）において、Ａは、Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかを表す。Ｂは、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかを表す。ｘは、０＜ｘ＜１．０を満たす。
【請求項２】
下記組成式（２−１）で表される請求項１に記載の酸窒化物。
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−１）
前記組成式（２−１）において、ｘは、０．２≦ｘ≦０．７を満たす。
【請求項３】
下記組成式（２−２）で表される請求項１に記載の酸窒化物。
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−２）
前記組成式（２−２）において、ｘは、０．４≦ｘ≦０．９を満たす。
【請求項４】
下記組成式（２−３）で表される請求項１に記載の酸窒化物。
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−３）
前記組成式（２−３）において、ｘは、０．５≦ｘ≦０．８を満たす。
【請求項５】
下記組成式（２−４）で表される請求項１に記載の酸窒化物。
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−４）
前記組成式（２−４）において、ｘは、０．８≦ｘ≦０．９を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工光合成の明反応における水の酸化に使用可能な酸窒化物に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が認知されて以来、産業活動に伴って大気中に排出される二酸化炭素を如何に削減するかが重要な課題となっている。
【０００３】
大気中の二酸化炭素を減少させる方法として、人工光合成の技術が、近年、注目を集めている。人工光合成の技術では、太陽光のエネルギーによって水の酸化を行いつつ、水の酸化によって得られた電子とプロトンとを利用して二酸化炭素を還元する。二酸化炭素の還元により有機化合物が得られる。例えば、電解液の入った槽中で、アノードに置いた光励起材料に太陽光を照射することで水の酸化を行い、電子とプロトンとを発生させる。そして、発生した電子とプロトンとをカソードに置いた還元触媒に送り、二酸化炭素と反応させることで、ギ酸などの有機化合物を生成する。
【０００４】
人工光合成のアノードにおいては、通常、一段階励起型又は二段階励起型で水の酸化が行われる。
一段階励起型の水の酸化においては、一段階励起型の光励起材料が使用される。この光励起材料には、伝導帯の下端がＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位よりも卑にあり、価電子帯の上端がＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位よりも貴であるバンド構造が求められる。言い換えれば、準位を標準水素電極（ＮＨＥ）とすると、伝導帯の下端がＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位よりも負にあり、価電子帯の上端がＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位よりも正であるバンド構造が求められる。更に、人工光合成のカソードにおいて二酸化炭素を還元してギ酸を生成することができるためには、前記バンド構造中に、二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位がある必要がある。
【０００５】
一方、人工光合成の明反応に用いる光励起材料については、可視光（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の波長領域で励起させる場合、バンドギャップが３．１ｅＶ以下の材料を使用する必要がある。これは、太陽光エネルギーを有効に利用するためである。
【０００６】
そのため、太陽光エネルギーを有効利用でき、かつ、一段階励起型の光励起材料として有用な材料が望まれている。
そこで、少なくとも１つの遷移金属を含むオキシナイトライドからなる光触媒材料が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この提案の技術の光励起材料では、バンド構造外に二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位があるため、前記光励起材料を利用した水の酸化から得られた電子をそのまま二酸化炭素の還元に利用しようとしても、ギ酸を生成できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−６６３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、太陽光エネルギーを有効利用でき、かつ一段階励起型の光励起材料として利用できる酸窒化物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様では、酸窒化物は、
Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかと、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかと、Ｍｇとを含有し、
バンドギャップが、２．７６ｅＶ以下であり、
価電子帯の上端と、伝導帯の下端との間に、二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位がある。
【発明の効果】
【００１０】
１つの側面として、太陽光エネルギーを有効利用でき、かつ一段階励起型の光励起材料として利用できる酸窒化物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一般的な光励起材料のバンド構造を示す図である。
【図２】図２は、特定の酸窒化物のバンド構造を示す図である。
【図３】図３は、Ｃａ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎのエネルギーギャップ、ＣＢＭ、及びＶＢＭを表すグラフである。
【図４】図４は、Ｃａ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎのエネルギーギャップ、ＣＢＭ、及びＶＢＭを表すグラフである。
【図５】図５は、Ｓｒ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎのエネルギーギャップ、ＣＢＭ、及びＶＢＭを表すグラフである。
【図６】図６は、Ｓｒ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎのエネルギーギャップ、ＣＢＭ、及びＶＢＭを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（酸窒化物）
開示の酸窒化物は、Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかと、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかと、Ｍｇとを含有する。
前記酸窒化物のバンドギャップは、２．７６ｅＶ以下である。
前記酸窒化物においては、価電子帯の上端（ＶＢＭ；Ｖａｌｅｎｃｅ  Ｂａｎｄ  Ｍａｘｉｍｕｍ）と、伝導帯の下端（ＣＢＭ；Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｎｉｍｕｍ）との間に、二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位がある。
前記酸窒化物は、光エネルギーを吸収して励起する光励起材料として、特に一段階励起型の光励起材料として有用である。
【００１３】
一般的に知られている光励起材料は、図１に示すようなバンド構造を有する。
ここで、−５．７３ｅＶ（ｖｓ  ＶＡＣ）は、真空準位におけるＯ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位を表す。
−４．５ｅＶ（ｖｓ  ＶＡＣ）は、真空準位におけるＨ＋／Ｈ２の酸化還元電位を表す。
−３．８９ｅＶ（ｖｓ  ＶＡＣ）は、真空準位におけるＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位を表す。
【００１４】
一段階励起型の光励起材料として利用できる材料には、図１に示す「理想的な材料」のバンド構造のように、バンド構造中に、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位と、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位とを有することが求められる。なお、Ｈ＋／Ｈ２の酸化還元電位は、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位と、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位との間にある。
これは、言い換えれば、一段階励起型の光励起材料として利用できる材料には、真空準位において、価電子帯の上端が−５．７３ｅＶ以下であり、かつ伝導帯の下端が−３．８９ｅＶ以上であることが求められる。
図１に示す各材料の中で、バンド構造中に、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位と、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位とを有する材料は、ＧａＰとＺｒＯ２のみである。しかし、ＧａＰは、ＶＢＭ（価電子帯の上端）が、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位とほぼ重なっており、安定して水の酸化が起こるとは限らない。また、ＺｒＯ２は、バンドギャップが大きく、太陽光エネルギーを有効利用できない。
【００１５】
そこで、本発明者らは、特定の酸窒化物に注目した。図２に特定の酸窒化物のバンド構造を示す。図２に示す６種類の酸窒化物においては、バンドギャップが十分に小さく、かつ価電子帯の上端は、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位である−５．７３ｅＶよりも十分に小さい。しかし、伝導帯の下端が、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位である−３．８９ｅＶよりも小さい。そのため、そのままでは一段階励起型の光励起材料としては利用できない。
そこで、本発明者らは、これら特定の酸窒化物のＣａ又はＳｒを、Ｍｇで置換する、即ち、Ｍｇをドープすることで、伝導帯の下端の電位を大きくできることを知見し、開示の技術の完成に至った。
【００１６】
光励起材料においては、光エネルギーの代表である太陽光エネルギーを有効に利用できるようにするために、太陽光エネルギーの１０％以上を吸収できることが好ましい。
太陽光エネルギーを短波長側から積算した際に太陽光エネルギーの１０％になる波長は、４５０ｎｍである。
そして、４５０ｎｍの波長を吸収できるためには、バンドギャップは、２．７６ｅＶ以下である必要がある。
【００１７】
一方、図１及び図２に示すように、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位と、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位との間には、１．８４ｅＶの差がある。そのため、前記酸窒化物のバンドギャップは、１．８４ｅＶ以上である必要がある。
【００１８】
また、前記酸窒化物は、真空準位において、価電子帯の上端が−５．７３ｅＶ以下を満たす。しかし、価電子帯の上端が、Ｏ２／Ｈ２Ｏの酸化還元電位である−５．７３ｅＶに近すぎると、安定して水の酸化が生じないことがあるため、前記価電子帯の上端は、−５．８３ｅＶ以下が好ましい。
また、前記酸窒化物は、真空準位において、伝導帯の下端が−３．８９ｅＶ以上を満たす。しかし、伝導帯の下端が、ＣＯ２／ＨＣＯＯＨの酸化還元電位である−３．８９ｅＶに近すぎると、安定してギ酸の生成が生じないことがあるため、前記伝導帯の下端は、−３．７９ｅＶ以上が好ましい。
【００１９】
前記酸窒化物は、下記組成式（１）で表されることが好ましい。
＜組成式（１）＞
Ａ１．０−ｘＭｇｘＢＯ２Ｎ    ・・・組成式（１）
前記組成式（１）において、Ａは、Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかを表す。Ｂは、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかを表す。ｘは、０＜ｘ＜１．０を満たす。
【００２０】
前記酸窒化物は、下記組成式（２−１）〜（２−４）のいずれかで表されることがより好ましい。
＜組成式（２−１）＞
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−１）
前記組成式（２−１）において、ｘは、０．２≦ｘ≦０．７を満たす。
＜組成式（２−２）＞
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−２）
前記組成式（２−２）において、ｘは、０．４≦ｘ≦０．９を満たす。
＜組成式（２−３）＞
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−３）
前記組成式（２−３）において、ｘは、０．５≦ｘ≦０．８を満たす。
＜組成式（２−４）＞
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−４）
前記組成式（２−４）において、ｘは、０．８≦ｘ≦０．９を満たす。
【００２１】
＜酸窒化物の製造方法＞
前記酸窒化物の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、湿式法、乾式法などが挙げられる。
【００２２】
前記乾式法としては、例えば、Ｃａ含有化合物及びＳｒ含有化合物の少なくともいずれかと、Ｔａ含有化合物及びＮｂ含有化合物の少なくともいずれかと、Ｍｇ含有化合物とを混合し、得られた混合物を、気体の窒素含有化合物が導入された雰囲気下で加熱する方法などが挙げられる。この場合、少なくともいずれかの化合物は、酸素を含有することが好ましい。
【００２３】
前記Ｃａ含有化合物としては、例えば、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウム塩などが挙げられる。前記カルシウム塩としては、例えば、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、塩化カルシウム水和物（ＣａＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）などが挙げられる。
前記Ｓｒ含有化合物としては、例えば、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、ストロンチウム塩などが挙げられる。前記ストロンチウム塩としては、例えば、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、塩化ストロンチウム水和物（ＳｒＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）などが挙げられる。
前記Ｔａ含有化合物としては、例えば、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、水酸化タンタル、タンタル塩、酸化タンタル水和物（Ｔａ２Ｏ５・ｎＨ２Ｏ）などが挙げられる。
前記Ｎｂ含有化合物としては、例えば、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、水酸化ニオブ、ニオブ塩などが挙げられる。
前記Ｍｇ含有化合物としては、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、マグネシウム塩などが挙げられる。前記マグネシウム塩としては、例えば、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、塩化マグネシウム水和物（ＭｇＣｌ２・ｎＨ２Ｏ）などが挙げられる。
前記窒素含有化合物としては、例えば、アンモニアなどが挙げられる。
【００２４】
ここで、前記酸窒化物の製造方法の一例を説明する。
＜＜組成式（２−１）で表される酸窒化物の製造例＞＞
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−１）
前記組成式（２−１）において、ｘは、０．２≦ｘ≦０．７を満たす。
前記組成式（２−１）で表される酸窒化物は、例えば、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを用いて製造できる。
まず、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを、所望の前記ｘとなる配合比率で混合する。この場合、以下の様な配合比率となる。
ＣａＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｔａ２Ｏ５＝１−ｘ：ｘ：０．５（モル比）
例えば、前記組成式（２−１）においてｘ＝０．５としたい場合には、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを、ＣａＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｔａ２Ｏ５＝０．５：０．５：０．５（モル比）で混合する。
そして、得られた混合物を、アンモニアを導入した雰囲気下で、焼成する。焼成温度としては、例えば、８００℃〜１，５００℃などが挙げられる。焼成時間としては、例えば、５時間〜２００時間などが挙げられる。
以上により、Ｃａ０．５Ｍｇ０．５ＴａＯ２Ｎが得られる。
【００２５】
＜＜組成式（２−２）で表される酸窒化物の製造例＞＞
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−２）
前記組成式（２−２）において、ｘは、０．４≦ｘ≦０．９を満たす。
前記組成式（２−２）で表される酸窒化物は、例えば、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを用いて製造できる。
まず、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを、所望の前記ｘとなる配合比率で混合する。この場合、以下の様な配合比率となる。
ＣａＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｎｂ２Ｏ５＝１−ｘ：ｘ：０．５（モル比）
例えば、前記組成式（２−２）においてｘ＝０．５としたい場合には、ＣａＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを、ＣａＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｎｂ２Ｏ５＝０．５：０．５：０．５（モル比）で混合する。
そして、得られた混合物を、アンモニアを導入した雰囲気下で、焼成する。焼成温度としては、例えば、８００℃〜１，５００℃などが挙げられる。焼成時間としては、例えば、５時間〜２００時間などが挙げられる。
以上により、Ｃａ０．５Ｍｇ０．５ＮｂＯ２Ｎが得られる。
【００２６】
＜＜組成式（２−３）で表される酸窒化物の製造例＞＞
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−３）
前記組成式（２−３）において、ｘは、０．５≦ｘ≦０．８を満たす。
前記組成式（２−３）で表される酸窒化物は、例えば、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを用いて製造できる。
まず、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを、所望の前記ｘとなる配合比率で混合する。この場合、以下の様な配合比率となる。
ＳｒＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｔａ２Ｏ５＝１−ｘ：ｘ：０．５（モル比）
例えば、前記組成式（２−３）においてｘ＝０．７としたい場合には、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｔａ２Ｏ５とを、ＳｒＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｔａ２Ｏ５＝０．３：０．７：０．５（モル比）で混合する。
そして、得られた混合物を、アンモニアを導入した雰囲気下で、焼成する。焼成温度としては、例えば、８００℃〜１，５００℃などが挙げられる。焼成時間としては、例えば、５時間〜２００時間などが挙げられる。
以上により、Ｓｒ０．３Ｍｇ０．７ＴａＯ２Ｎが得られる。
【００２７】
＜＜組成式（２−４）で表される酸窒化物の製造例＞＞
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−４）
前記組成式（２−４）において、ｘは、０．８≦ｘ≦０．９を満たす。
前記組成式（２−４）で表される酸窒化物は、例えば、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを用いて製造できる。
まず、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを、所望の前記ｘとなる配合比率で混合する。この場合、以下の様な配合比率となる。
ＳｒＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｎｂ２Ｏ５＝１−ｘ：ｘ：０．５（モル比）
例えば、前記組成式（２−４）においてｘ＝０．８としたい場合には、ＳｒＣＯ３と、ＭｇＣＯ３と、Ｎｂ２Ｏ５とを、ＳｒＣＯ３：ＭｇＣＯ３：Ｎｂ２Ｏ５＝０．２：０．８：０．５（モル比）で混合する。
そして、得られた混合物を、アンモニアを導入した雰囲気下で、焼成する。焼成温度としては、例えば、８００℃〜１，５００℃などが挙げられる。焼成時間としては、例えば、５時間〜２００時間などが挙げられる。
以上により、Ｓｒ０．２Ｍｇ０．８ＮｂＯ２Ｎが得られる。
【００２８】
＜用途例＞
前記酸窒化物は、人工光合成を行う二酸化炭素還元装置のアノードに使用する光励起材料として有用である。
前記二酸化炭素還元装置は、アノード電極と、プロトン透過膜と、カソード電極とをこの順で有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００２９】
前記二酸化炭素還元装置の反応の一例を以下に示す。
前記二酸化炭素還元装置のアノード側では、例えば、アノード電極に照射された光エネルギーを利用して、以下に示す水の分解が生じる。
Ｈ２Ｏ  →  １／２Ｏ２  ＋  ２Ｈ＋  ＋２ｅ−
一方、前記二酸化炭素還元装置のカソード側では、例えば、以下に示す二酸化炭素の還元が生じる。
ＣＯ２  ＋  ２Ｈ  ＋  ２ｅ−  →  ＨＣＯＯＨ
トータルの反応式としては、例えば、以下のようになる。
Ｈ２Ｏ  ＋  ＣＯ２  →  ＨＣＯＯＨ  ＋  １／２Ｏ２
生成するギ酸は、例えば、濃縮され回収される。
【００３０】
前記二酸化炭素還元装置において、前記酸窒化物は、例えば、前記アノード電極の表面に配されて使用される。
【実施例】
【００３１】
以下、開示の技術の実施例について説明するが、開示の技術は下記実施例に何ら限定されるものではない。
【００３２】
以下の実施例において、バンドギャップ、ＣＢＭ（伝導帯の下端、Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｎｉｍｕｍ）、ＶＢＭ（価電子帯の上端、Ｖａｌｅｎｃｅ  Ｂａｎｄ  Ｍａｘｉｍｕｍ）は、以下の方法により得た。
【００３３】
＜バンドギャップ＞
バンドギャップは、分光光度計（Ｖ−６５０、日本分光株式会社製）を用いて計算した。
はじめに、各波長λに対して反射率Ｒ（％）を測定し、拡散反射スペクトルを得た。測定時のスキャン速度は２００ｎｍ／分（Ｖ−６５０）とした。
次に、反射率測定から取得した拡散反射スペクトルに対してＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋの式を用いて、クベルカムンク関数Ｆ（Ｒ）を算出した。反射率Ｒ（％）と、クベルカムンク関数Ｆ（Ｒ）との関係式は、次の式で表される。
Ｆ（Ｒ）＝（１−Ｒ）２／（２Ｒ）
バンドギャップを求める際、ＴａｕｃやＤａｖｉｓ，Ｍｏｔｔらが提案した関係式があり、以下に示す。
（ｈνα）（１／ｎ）＝Ａ（ｈν−Ｅｇ）      ・・・式（１）
ｈ：プランク定数
ν：振動数
α：吸光係数
Ｅｇ：バンドギャップ
Ａ：比例定数
ｎ：試料の遷移の種類により決定する値
直接許容遷移  ｎ＝１／２
間接許容遷移  ｎ＝２
吸光係数αをＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｃ関数Ｆ（Ｒ）に置き換えると、上記式（１）は下記の通りとなる。
（ｈνＦ（Ｒ））（１／ｎ）＝Ａ（ｈν−Ｅｇ）
なお、ｈν（ｅＶ）と波長λ（ｎｍ）との間には、ｈν＝１２３９．７／λの関係がある。
以上の結果から、横軸をｈνとし、縦軸を（ｈνＦ（Ｒ））２（直接許容遷移）又は（ｈνＦ（Ｒ））（１／２）（間接許容遷移）とするグラフを作成し、そのグラフにおける変曲点に接線を引いた場合に、横軸と接線との交点が、バンドギャップとなる。
【００３４】
＜ＣＢＭ＞
ＣＢＭは、フラットバンド電位を測定することで得られる。
ポテンショスタットを用いて、各電圧（Ｖ）において容量（Ｃ）を算出する。そして、横軸をＶとし、縦軸を１／Ｃ２とするグラフに測定結果をプロットする。更に、得られたプロットの全て、又は複数個を用い、相関性が高く、かつ適切な結果が得られる直線近似を行い、一次関数（直線）を得る。得られた直線と、横軸との交点がフラットバンド電位となり、それがＣＢＭとなる。
【００３５】
＜ＶＢＭ＞
ＶＢＭは、真空準位の場合、以下の式で得られる。
ＶＢＭ＝（ＣＢＭ−バンドギャップ）    ・・式
【００３６】
＜原材料＞
以下の実施例・比較例で用いた原材料は、以下のとおりである。
ＣａＣＯ３：高純度化学研究所製
ＳｒＣＯ３：高純度化学研究所製
ＭｇＣＯ３：高純度化学研究所製
Ｔａ２Ｏ５：高純度化学研究所製
Ｎｂ２Ｏ５：高純度化学研究所製
【００３７】
（実施例１−１〜１−３、比較例１−１〜１−３）
ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＴａ２Ｏ５を用いて、ＣａＴａＯ２Ｎ−ＭｇＴａＯ２Ｎ（Ｃａ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ）粉末を作製した。
具体的には、表１に示す組成比となるようにＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＴａ２Ｏ５を混合しつつ、アセトンを加えて、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をボールミルを用いて撹拌した。その後、混合粉末中のアセトンを蒸発させた。残った粉末を、アンモニアガスを導入しつつ、１，０００℃で１２０時間焼成して、光励起材料（Ｃａ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ粉末）を得た。
得られた光励起材料のバンドギャップ（Ｅｇ：エネルギーギャップ）（ｅＶ）、ＣＢＭ（ｅＶ）、及びＶＢＭ（ｅＶ）を上述の方法で算出した。結果を表１及び図３に示した。
なお、表１〜表４において、ＣＢＭ（ｅＶ）、及びＶＢＭ（ｅＶ）は、真空準位での電位を示した。
また、図３〜図６中、縦軸の「Ｅ  ｖｓ  Ｖａｃ」は、真空準位における電位（ｅＶ）を表す。
【００３８】
【表１】
0006578878.tif 000002
【００３９】
（実施例２−１〜２−４、比較例２−１〜２−２)
ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＮｂ２Ｏ５を用いて、ＣａＮｂＯ２Ｎ−ＭｇＮｂＯ２Ｎ（Ｃａ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ）粉末を作製した。
具体的には、表２に示す組成比となるようにＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＮｂ２Ｏ５を混合しつつ、アセトンを加えて、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をボールミルを用いて撹拌した。その後、混合粉末中のアセトンを蒸発させた。残った粉末を、アンモニアガスを導入しつつ、１，０００℃で１２０時間焼成して、光励起材料（Ｃａ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ粉末）を得た。
得られた光励起材料のバンドギャップ（Ｅｇ：エネルギーギャップ）（ｅＶ）、ＣＢＭ（ｅＶ）、及びＶＢＭ（ｅＶ）を上述の方法で算出した。結果を表２及び図４に示した。
【００４０】
【表２】
0006578878.tif 000003
【００４１】
（実施例３−１〜３−４、比較例３−１〜３−２）
ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＴａ２Ｏ５を用いて、ＳｒＴａＯ２Ｎ−ＭｇＴａＯ２Ｎ（Ｓｒ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ）粉末を作製した。
具体的には、表３に示す組成比となるようにＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＴａ２Ｏ５を混合しつつ、アセトンを加えて、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をボールミルを用いて撹拌した。その後、混合粉末中のアセトンを蒸発させた。残った粉末を、アンモニアガスを導入しつつ、１，０００℃で１２０時間焼成して、光励起材料（Ｓｒ１−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ粉末）を得た。
得られた光励起材料のバンドギャップ（Ｅｇ：エネルギーギャップ）（ｅＶ）、ＣＢＭ（ｅＶ）、及びＶＢＭ（ｅＶ）を上述の方法で算出した。結果を表３及び図５に示した。
【００４２】
【表３】
0006578878.tif 000004
【００４３】
（実施例４−１〜４−２、比較例４−１〜４−４）
ＳｒＮｂＯ２Ｎ−ＭｇＮｂＯ２Ｎ（Ｓｒ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ）を作製するために、ＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＮｂ２Ｏ５を用いて粉末を作製した。
具体的には、表４に示す組成比となるようにＳｒＣＯ３、ＭｇＣＯ３、及びＮｂ２Ｏ５を混合しつつ、アセトンを加えて、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をボールミルを用いて撹拌した。その後、混合粉末中のアセトンを蒸発させた。残った粉末を、アンモニアガスを導入しつつ、１，０００℃で１２０時間焼成して、光励起材料（Ｓｒ１−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ粉末）を得た。
得られた光励起材料のバンドギャップ（Ｅｇ：エネルギーギャップ）（ｅＶ）、ＣＢＭ（ｅＶ）、及びＶＢＭ（ｅＶ）を上述の方法で算出した。結果を表４及び図６に示した。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかと、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかと、Ｍｇとを含有し、
バンドギャップが、２．７６ｅＶ以下であり、
価電子帯の上端と、伝導帯の下端との間に、二酸化炭素を還元してギ酸を生成する電位があることを特徴とする酸窒化物。
（付記２）
下記組成式（１）で表される付記１に記載の酸窒化物。
Ａ１．０−ｘＭｇｘＢＯ２Ｎ    ・・・組成式（１）
前記組成式（１）において、Ａは、Ｃａ及びＳｒの少なくともいずれかを表す。Ｂは、Ｔａ及びＮｂの少なくともいずれかを表す。ｘは、０＜ｘ＜１．０を満たす。
（付記３）
下記組成式（２−１）で表される付記１または２に記載の酸窒化物。
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−１）
前記組成式（２−１）において、ｘは、０．２≦ｘ≦０．７を満たす。
（付記４）
下記組成式（２−２）で表される付記１または２に記載の酸窒化物。
Ｃａ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−２）
前記組成式（２−２）において、ｘは、０．４≦ｘ≦０．９を満たす。
（付記５）
下記組成式（２−３）で表される付記１または２に記載の酸窒化物。
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＴａＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−３）
前記組成式（２−３）において、ｘは、０．５≦ｘ≦０．８を満たす。
（付記６）
下記組成式（２−４）で表される付記１または２に記載の酸窒化物。
Ｓｒ１．０−ｘＭｇｘＮｂＯ２Ｎ    ・・・組成式（２−４）
前記組成式（２−４）において、ｘは、０．８≦ｘ≦０．９を満たす。
（付記７）
前記バンドギャップが、１．８４ｅＶ以上である付記１から６のいずれかに記載の酸窒化物。
（付記８）
前記価電子帯の上端が、−５．７３ｅＶ（ｖｓ．  Ｖａｃ．）以下である付記１から７のいずれかに記載の酸窒化物。
（付記９）
前記価電子帯の上端が、−５．８３ｅＶ（ｖｓ．  Ｖａｃ．）以下である付記１から８のいずれかに記載の酸窒化物。
（付記１０）
前記伝導帯の下端が、−３．８９ｅＶ（ｖｓ．  Ｖａｃ．）以上である付記１から９のいずれかに記載の酸窒化物。
（付記１１）
前記伝導帯の下端が、−３．７９ｅＶ（ｖｓ．  Ｖａｃ．）以上である付記１から１０のいずれかに記載の酸窒化物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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