JPH09100122A - CdS超微結晶が存在してなる無機材料およびその製造方法ならびにそれを用いた光電気化学素子 - Google Patents

CdS超微結晶が存在してなる無機材料およびその製造方法ならびにそれを用いた光電気化学素子

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JPH09100122A JP7286595A JP28659595A JPH09100122A JP H09100122 A JPH09100122 A JP H09100122A JP 7286595 A JP7286595 A JP 7286595A JP 28659595 A JP28659595 A JP 28659595A JP H09100122 A JPH09100122 A JP H09100122A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた光物理的または光電気化学的特性を有す
る無機材料を提供することを課題とする。 【解決手段】無機材料が有する細孔内に、CdS超微結
晶を存在させてなる無機材料である。また、無機材料の
細孔内に、ジチオカルバミン酸カドミウムの蒸気を導入
し、次いで、熱分解する無機材料の製造方法である。さ
らに、前記の無機材料を電極として用いてなる光電気化
学素子である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無機材料が有する細孔
内にCdS超微結晶を存在させてなる無機材料およびそ
の製造方法ならびにそれを用いた光電気化学素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】CdS超微結晶は、光学的および光電気
化学的特性において興味が持たれている。CdS超微結
晶の作製方法としては種々の方法が知られており、たと
えば、CdI2 、CdCl2 、CdSO4 、Cd(CH
3 COO)2 、Cd(NO3 2 などのカドミウム塩と
SC(NH2 2 とNH4 OHとを水溶液中で反応させ
る方法がある。また、単一原料系として有用な前駆体で
あるジチオカルバミン酸カドミウム錯体を用いる方法も
知られている(Trends in Inorg.Ch
em.2.,79(1991))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記のCdS超微結晶
を無機材料が有する細孔内に存在させると、光物理的ま
たは光電気化学的機能という観点において適用可能性を
有するものが得られると期待されている。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
ジチオカルバミン酸カドミウムの蒸気を用いると、これ
が、無機材料が有する細孔内に入り込み、次いで、この
ジチオカルバミン酸カドミウムを熱分解させると、無機
材料が有する細孔内にCdS超微結晶を存在させること
ができること、しかも、細孔内にCdS超微結晶が存在
してなる前記の無機材料は電極として有用なものであ
り、それを用いて光電気化学素子を構成することができ
ることなどを見出し、本発明を完成した。すなわち、本
発明は、無機材料が有する細孔内にCdS超微結晶が存
在してなる無機材料を提供することにある。また、本発
明は、前記の無機材料を簡便、かつ、効率よく製造する
方法を提供することにある。さらに、本発明は、前記の
無機材料を電極として用いた光電気化学素子を提供する
ことにある。
【0005】本発明は、無機材料が有する細孔内の全部
または一部に、CdS超微結晶が存在してなる無機材料
である。本発明において、CdS超微結晶とは、ナノメ
ーターサイズの範囲(1〜1000nm)の大きさを有
するCdSの結晶を言う。本発明において用いる無機材
料は、細孔を有する多孔質のものである。細孔のサイズ
(細孔直径)としてはナノメーターサイズの範囲(1〜
1000nm)が好ましい。ナノメーターサイズの細孔
を有する無機材料を用いると、析出するCdS超微結晶
のサイズを小さくすることができるとともに、CdS超
微結晶との接合面積を広くすることができることから、
優れた光物理的または光電気化学的機能を有する材料が
得られる。無機材料の材質としては、シリカなどのガラ
スあるいは酸化チタンなどが好ましく用いられる。ま
た、無機材料の形状は粒状、膜状、板状などの形状のも
のが好ましく用いられる。無機材料の体積に対する細孔
の体積の割合は、用途に応じて適宜設定できるが、10
〜90%程度が適当である。膜状の無機材料を用いる場
合には、膜あるいは支持体の面積1cm2 あたり、無機
材料の表面積が10〜10000cm2 程度のものが適
している。本発明の無機材料を製造するには、無機材料
が有する細孔内に、ジチオカルバミン酸カドミウムの蒸
気を導入し、次いで、熱分解する方法が好ましい。ジチ
オカルバミン酸カドミウムは、Cd(S2 CNRR’)
2 (式中、R、R’はそれぞれアルキル基またはアリ
ール基を示す。)で表される化合物であって、比較的高
い熱安定性を有することが知られており、気化させるこ
とが可能である。気化したジチオカルバミン酸カドミウ
ムは、無機材料が有する細孔内奥深くにまで拡散する。
拡散したジチオカルバミン酸カドミウムを分解温度以上
に加熱するとCdS超微結晶が析出する。このジチオカ
ルバミン酸カドミウムを用いると単一原料によってCd
S超微結晶を作製することができるため、得られるCd
S超微結晶の組成比の制御性に優れている。たとえば、
ジエチルジチオカルバミン酸カドミウムは次のような反
応でCdS超微結晶に分解する。
【化1】 この方法によると、格子欠陥の少ないCdS超微結晶
を、無機材料が有する細孔内に均一に存在させやすい。
特に、ナノメーターサイズ(1〜1000nm)の微細
な細孔内にCdS超微結晶を存在させやすい。
【0006】本発明の無機材料は、その細孔内にCdS
超微結晶を存在させていることから、光電気化学的特性
に優れており、光電導素子、電子写真材料、太陽電池素
子、光電池素子などの光電気化学素子の電極として有用
である。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れに限定されるものではない。
【0008】実施例1 無機材料として、多孔質シリカガラスを用いた。シリカ
ガラスが有する細孔の平均サイズは4nmであり、ま
た、細孔の体積比は30%である。真空下、ガラス管中
に封じたジエチルジチオカルバミン酸カドミウムと多孔
質シリカガラスとを320℃の温度まで加熱して(30
分間)、多孔質シリカガラスが有する細孔内にジエチル
ジチオカルバミン酸カドミウムの蒸気を導入し、次い
で、熱分解して、シリカガラスの細孔内に、CdS超微
結晶を析出させてなる本発明の無機材料(試料A)を得
た。
【0009】実施例2 無機材料として、直径20nmの酸化チタン粒子から作
製した多孔質酸化チタン膜(膜厚9μm)を用いた。こ
の酸化チタン膜は導電性SnO2 をコーティングしたガ
ラス上に固定してある。この支持体の面積1cm2 あた
りの酸化チタン膜の表面積は約1000cm2 であっ
た。真空下、ガラス管中に封じたジエチルジチオカルバ
ミン酸カドミウムと多孔質酸化チタン膜とを320℃の
温度まで加熱して(30分間)、多孔質酸化チタン膜が
有する細孔内にジエチルジチオカルバミン酸カドミウム
の蒸気を導入し、次いで、熱分解して、酸化チタン膜の
細孔内に、CdS超微結晶を析出させてなる本発明の無
機材料(試料B)を得た。
【0010】無機材料の細孔内にCdS超微結晶が析出
したことを確認するために、試料のEPMA測定(電子
線マイクロアナライザーを用いた元素分析)を行った。
これにより、試料Aに存在するCdS超微結晶のシリカ
ガラス内における深さ方向の分布を示した図が図1であ
る。図1は、CdS超微結晶がシリカガラスのナノメー
ターサイズの細孔内に0から100μmの範囲にわたっ
て入った様子を示している。深さ方向50μmまでは、
CdS超微結晶がシリカガラスのナノメーターサイズの
細孔内に入っていることがこの図1からわかった。この
試料Aの概念図を図2に示す。試料Bに存在するCdS
超微結晶の多孔質酸化チタン膜内における深さ方向の分
布を示した図が図3である。図3は、CdS超微結晶が
酸化チタン膜のナノメーターサイズの細孔内に入った様
子を示している。深さ方向2μmまでは、CdS超微結
晶は酸化チタン膜のナノメーターサイズの細孔内全てに
入っていると思われる。この試料Bの概念図を図4に示
す。
【0011】次に、試料の紫外および可視部の吸収スペ
クトルと蛍光スペクトルとを測定した。試料Aのスペク
トルを図5に示す。この図5に示した紫外および可視吸
収スペクトルから、吸収端が波長520nmにあること
がわかる。これは、6nm以上のサイズのCdS超微結
晶のものに対応している。また、図5の蛍光スペクトル
では、波長500nmにピークが見られた。この蛍光の
エネルギーはCdSのバンドギャップと一致している。
このことは、試料Aに存在するCdS超微結晶には格子
欠陥が少ないことを示唆している。試料Bのスペクトル
を図6に示す。この図6に示した紫外および可視吸収ス
ペクトルから、吸収端は波長520〜530nmと見積
もられる。この値は6nm以上のサイズのCdS超微結
晶の値と一致する。また、図6の蛍光スペクトルでは、
波長500nmにピークが見られた。このことは、試料
B内のCdS超微結晶には格子欠陥が少ないことを示唆
している。
【0012】さらに、試料Bの光電気化学的特性を測定
した。一つの電極として試料Bを用い、もう一方の電極
にはPtを担持した導電ガラスを用いた。この二つの電
極間に、0.5Mのヨウ化テトラプロピルアンモニウム
と0.05Mのヨウ素とをエチレンカーボナートとアセ
トニトリルとを体積比で8:2に混合した溶媒に溶解さ
せた液を電解液として満たした。この二つの電極間にリ
ード線を取付け、本発明の光電気化学素子(光電気化学
電池)を形成した。この光電気化学素子の、試料Bから
なる電極に400〜700nmの範囲の単色光を照射
し、発生する光電流を測定した。これにより求めた入射
フォトンに対する発生電子の割合(いわゆる光電流のア
クションスペクトル)を図7に示す。図6の光吸収スペ
クトルと対比すると、CdS超微結晶の光吸収に対応し
て光電流が発生していることがわかる。これにより本発
明の素子は光電気化学素子としての性能を有することが
確かめられた。
【0013】
【発明の効果】本発明は、無機材料が有する細孔内に、
CdS超微結晶を存在させてなる無機材料であって、存
在するCdSが格子欠陥の少ない超微結晶であることか
ら、優れた光物理的または光電気化学的特性を有するも
のである。また、本発明は、無機材料の細孔内に、ジチ
オカルバミン酸カドミウムの蒸気を導入し、次いで、熱
分解する無機材料の製造方法であって、CdS超微結晶
を均一に存在させた所望の無機材料を簡便、かつ、効率
よく製造することができる。さらに、本発明は、前記の
無機材料を電極として用いてなる光電気化学素子であっ
て、優れた光電気化学特性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の試料AについてのEPMAにより測
定したCdSの深さ方向の分布である。
【図2】実施例1の試料Aの概念図である。
【図3】実施例2の試料BについてのEPMAにより測
定したCdSの深さ方向の分布である。
【図4】実施例2の試料Bの概念図である。
【図5】実施例1の試料Aについての紫外および可視部
の吸収スペクトルと蛍光スペクトルとの測定チャートで
ある。
【図6】実施例2の試料Bについての紫外および可視部
の吸収スペクトルと蛍光スペクトルとの測定チャートで
ある。
【図7】実施例2の試料Bを電極として用いた光電気化
学素子についての光電流のアクションスペクトルを示し
た図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 31/0264 H01M 14/00 H01M 4/00 H01L 31/04 E 14/00 31/08 L

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無機材料が有する細孔内に、CdS超微結
    晶を存在させてなることを特徴とする無機材料。
  2. 【請求項2】無機材料が有する細孔内に、ジチオカルバ
    ミン酸カドミウムの蒸気を導入し、次いで、熱分解する
    ことを特徴とするCdS超微結晶が存在してなる無機材
    料の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の無機材料を電極として用
    いてなることを特徴とする光電気化学素子。
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