固体表面場における触媒反応の電子的メカニズムに関する理論的研究

固体表面场催化反应电子机理的理论研究

基本信息

批准号：
08232246
负责人：
中井浩巳
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、いくつかの固体触媒反応に対して理論的な手法を用いてその触媒作用を解明し、その結果に基づいて触媒設計の指針を理論的研究から与えることを目指した。ここでは、このような目的で行った研究のうち、ホルムアルデヒド合成反応に対する銀の触媒作用に関する研究を報告する。本研究は、これまでに行ってきた銀表面における酸素活性化の研究を基礎としており、また、昨年本重点領域研究で報告したエチレンのエポキシ化反応に対する銀の触媒作用との対比としても興味深いテーマである。本研究では、ホルムアルデヒド合成反応に対して、反応メカニズムと吸着酸素種の役割を明らかにした。ホルムアルデヒド合成反応は、理論的にも二段階(O-H解離とC-H解離)で進むことが示され、ともに吸着酸素は活性種として働くことがわかった。しかし、C-H解離の際、吸着酸素が存在すると副反応を導く可能性が示された。さらに、吸着酸素は生成物であるホルムアルデヒドを再吸着させ、さらなる分解を引き起こすことが示された。この吸着酸素種の二面性のため、反応プロセスではメタノール過剰つまり酸素不足の条件が用いられている。反応温度が高いのは、酸素不足によりあまり有利でない過程を経る必要があるためである。熱力学的にも有利な酸素過剰で反応させるためには、効果的にホルムアルデヒド生成物を反応場から取り除く必要がある。本研究の結果は、今後の触媒設計へ重要な指針を与えるものであろう。

在本研究中，我们旨在利用理论方法阐明几种固体催化反应的催化效果，并基于结果为理论研究的催化剂设计提供指导。在为此目的进行的研究中，我们在此报告了银对甲醛合成反应的催化作用。这项研究是基于之前对银表面氧活化的研究，与去年在优先领域研究中报道的银对乙烯环氧化反应的催化作用相比也是一个有趣的话题。在这项研究中，我们阐明了反应机理以及吸附氧在甲醛合成反应中的作用。理论上，甲醛合成反应分两个步骤进行（O-H 解离和 C-H 解离），并且在这两种情况下，吸附的氧都被发现充当活性物质。然而，C-H 解离过程中吸附氧的存在可能会导致副反应。此外，吸附的氧气会重新吸附产物甲醛，导致进一步分解。由于吸附氧的双重性质，反应过程中采用甲醇过量或缺氧的条件。由于缺氧，需要进行不太有利的过程，因此反应温度很高。为了在热力学上有利的过量氧气下进行反应，需要有效地从反应场中除去甲醛产物。这项研究的结果将为未来的催化剂设计提供重要指导。