(57)【要約】  ドープされていないＣｅＯ２と同一構造を有する一般化学式ＣｅＯ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有した酸化セリウムを窒素でドーピングするこよによって得られ、固形電解質と触媒としての利用を含む５種類の重要な技術的な類似利用形態を有するＣｅ−Ｎ−Ｏ系構造物質が開示されている。発光特性を有するセリウム３＋も同時に提供される。この化合物は二酸化セリウムとアンモニアを開始生成物として使用した固体−気体反応によって生成される。この二酸化セリウムは管状炉に入れられ、アンモニア雰囲気内で１４００℃以上に加熱される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有し、セリアの窒素ドーピングによって得られるＣｅ−Ｎ−Ｏ系構造の生成物であって、０＜ｘ＜０．５および０＜ｙ＜０．５であることを特徴とする生成物。
【請求項２】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有し、セリアの窒素ドーピングによって得られるＣｅ−Ｎ−Ｏ系構造の生成物であって、蛍石型結晶構造を有しており、セリウムはＣａ型結晶学的位置に存在し、窒素と酸素はＦ型位置に存在することを特徴とする請求項１記載の生成物。
【請求項３】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有し、セリアの窒素ドーピングによって得られるＣｅ−Ｎ−Ｏ系構造の生成物であって、常磁性であることを特徴とする請求項１記載の生成物。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有した生成物を得る方法であって、該生成物を４００℃以上であるアンモニア雰囲気内にてセリアから得るステップを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項５】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有した生成物の触媒としての利用。
【請求項６】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有した生成物のイオン伝導物質としての利用。
【請求項７】
一般化学式Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘの構造を有した生成物の発光物質としての利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセリウム、酸素および窒素を含み、（触媒または固形電解質としての）セリア（酸化セリウム）の構造および利用形態に類似した構造と利用形態あるいはその光学特性を備えた生成物に関し、その生成方法にも関する。その生成方法は化学分野、特に無機物質の生成方法に属し、その利用形態はエネルギー（固形電解質）、運送（触媒）および電子・光学（光学特性）の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
窒素ドーピングは酸化物の特性の改質、例えば光触媒ＴｉＯ２の紫外線と可視光線との間のエネルギーを減少させる等の改質に利用される重要な手法である（アサヒ、Ｒ；モリカワ、Ｔ．；オーワキ、Ｔ．；アオキ、Ｋ．；タガ、Ｙ．；Science，２００１、２９３、２６９）。重要な利用形態を提供する他の酸窒化物は光触媒ＴａＯＮ（ヒトキ、Ｇ．；タカタ、Ｔ．；コンドー、Ｊ．Ｎ．；ハラ、Ｍ．；コバヤシ、Ｈ．；ドーメン、Ｋ．；Chem.Comm.，２００２，１６９８）と、ＣａＴａＯ２Ｎ−ＬａＴａＯＮ２タイプの黄赤顔料である（ジャンセン、Ｍ．；レチェルト、Ｈ．Ｐ．；Nature，２０００，４０４，９８０）。セリア（ＣｅＯ２）は燃料電池用の固形電解質として、あるいは自動車用の三元触媒の酸素保存コンポーネントとして重要な技術的利用形態を有する（ヤオ、Ｈ．Ｃ．；ユー・ヤオ、Ｙ．Ｆ．；Catalisis，８６，１９８４，２５４並びにイナバ、Ｈ．；タガワ、Ｈ．；Solid  State Ionics，８３，１９９６，１）。
【０００３】
セリアの窒素ドーピングに関しては公開されたことも、特許化されたこともない。知られた唯一の二元窒素化セリウム化合物はＣｅＮであり、Ｃｅ−Ｎ−Ｏ系構造物で知られる三元相のものはＣｅＮ１−ｘＯｘとＣｅ２Ｎ２Ｏのみである。ＣｅＮの酸素固溶体は知られており、塩化ナトリウム構造と化学式ＣｅＮ１−ｘＯｘ（ｘ≦０．５）の構造を有している（ブラウン、Ｒ．Ｃ．；クラーク、Ｎ．Ｊ．；Inorg. Nucl. Chem.，３６，１９７４，１７７７）。これら固溶体は真空条件下での１５００℃でのＣｅＮとＣｅＯ２の混合物合物の反応で生成される。同様に、化学式Ｃｅ２Ｎ２Ｏの構造を有し、Ｃｅ２Ｏ３の構造と類似した構造の化合物の生成方法は公開されている（バーカ、Ｍ．Ｇ．；アレキサンダー、Ｉ．Ｃ．；J.Chem.Soc.Dalton，１９７４，２１６６）。酸窒化物Ｃｅ２Ｎ２Ｏの合成は１０００℃でのＬｉ２ＣｅＮ２とＬｉ２ＯまたはＣｅＮとＣｅＮ２の反応で達成される。
【０００４】
セリアの酸素の伝導特性または触媒特性は、その蛍石構造および酸素を吸着または脱着するその性能に関係する。これはＣｅ４＋からＣｅ３＋への部分的な可逆還元と酸素空位の創出とに関係する。セリアの酸素を窒素と部分的に置換すると、陰イオン空位が創出され、セリウムの酸化状態４＋が維持され、さらに、Ｃｅ４＋からＣｅ３＋への部分的還元が存在すれば、さらなる酸素空位が創出され、窒素化されたセリアはＣｅＯ２−ｘ−ｙＮｘとなるに違いない。セリアの蛍石構造への窒素の導入はその酸化還元特性並びに酸素空位の構造を変性させる。このことは触媒として、またはイオン伝導物としての２つの最も重要な利用形態でのその振る舞いに影響を及ぼすであろう。一方、Ｃｅ３＋の存在は発光物質としての新規化合物の利用形態に導くであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はセリウム、酸素および窒素を含む新規生成物を生成することである。この生成物はセリア（ＣｅＯ２）の構造を有し、Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘ（０＜ｘ＜０．５、０＜ｙ＜０．５）の化学構造を有する組成を備えた最初の知られた生成物である。この生成物はアンモニア（アンモニアは窒素化還元ガス）雰囲気中で二酸化セリウムの熱処理と窒素ドーピングとによって得られる。三価セリウムの割合は生成工程中に使用される最高温度によって調整される。本発明の利点は、この生成物が、ドープされていないセリアであるＣｅＯ２と同一構造であり、類似した適切な技術的利用形態および重要な利用形態、（すなわち固形電解質および触媒）を有した、窒素のみでドープされた新規な生成物であることである。セリウム３＋の存在によって、この生成物は発光特性も有するであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、Ｃｅ２−ｘ−ｙＮｘ（０＜ｘ＜０．５、０＜ｙ＜０．５）の化学構造の組成を有した新規生成物の提供である。この化合物は、その生成後には蛍石の結晶構造（ＣａＦ２）を有し、セリウムはＣａ型の結晶学的位置を占め、窒素と酸素はＦ型の位置を占めることを特徴とする。この新規化合物はドープされていないセリア（ＣｅＯ２）と親近構造を有する。本発明によれば、この化合物は、二酸化セリウムと気体アンモニアとを開始生成物として使用することで固体−気体反応手段によって生成される。二酸化セリウムは管状オーブン内に導入され、アンモニア雰囲気内で４００℃以上に加熱される。反応時間は少なくとも２時間である。本発明の化合物の特殊性は、セリアの蛍石構造内へ窒素を導入すると、その酸化還元特性と酸素空位の構造が変性されることである。この変性によって、触媒およびイオン伝導物質としての２つの非常に重要な利用形態の活性に影響が及ぶであろう。一方、Ｃｅ３＋の存在はこの新規化合物の発光物質としての利用に導くであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本発明生成物の結晶構造を示す。
【図２】図２は本発明生成物のＸ線回折図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
生成物の生成方法
２ｇのセリア（ＣｅＯ２）が反応オーブンに入れられる。この反応オーブンはアンモニアガスの入口に接続されている。これ構造によりアンモニア雰囲気内で全反応工程が実施可能である。反応オーブンは２００℃／時の割合で加熱されて７００℃にされる。この温度は７時間維持される。その後、反応オーブンは常温にまで冷却される。反応オーブンが開かれた後、窒素化された粉末が取り出される。この粉末は純粋ＣｅＯ２−ｘ−ｙＮｘ生成物を含み、図２で示すようなＸ線回折図の特徴を示す。
【０００９】
窒素の含有量ｘを決定するために組成は元素分析のごとき異なる技術手段によって確認され、セリウム３＋の含有割合を決定するために、並びに間接的に化学量率ｙを求めるために温度の関数としての帯磁率測定が実行される。少量のサンプルの燃焼によるこの元素分析の結果から窒素の含有量は０．３６重量％（ｘ＝０．０４）であることが判明する。セリウム３＋の含有割合を求めるためにサンプルの別部分が磁力計に入れられ、温度の関数として帯磁率曲線が得られる。この生成物は常磁性であり、２％の分子セリウム３＋を含み、その化合物をＣｅＯ１．９３Ｎ０．０４として組成化することを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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