高周波プラズマによる窒素分子の活性化と化学的表面相互作用

本研究では、プラズマ励起反応装置を用いることにより、実際の高表面積をもつ固体触媒上に窒素分子を効率的に活性化吸着させ、生成する表面新物質相のキャラクタリゼーションを行い、水素または水酸基などとの化学反応性を検討することを目的とした。1.アルミナ担持白金触媒上の窒素の活性化吸着と化学反応性 高表面積をもつアルミナおよびその表面にPt超微粒子を担持・分散させたアルミナ担持白金触媒(Pt/Al_2O_3)いずれの場合も、通常の窒素吸着においては、吸着は観測されなかった(N_2TPD)。しかし、プラズマにより窒素を励起すると、窒素吸着が生起するようになった。赤外吸収スペクトルにより、分子状吸着窒素に帰属される吸収バンドが見られ、この分子状吸着窒素はPt/Al_2O_3触媒においても主としてアルミナ上に存在することがわかった。Pt/Al_2O_3では室温での水素流通により、IR吸収バンドが顕著に減少し、著しい化学反応性を示した。このことから、室温においてもPt上の解離吸着水素がアルミナ担体上にスピルオバー(spillover)して分子状窒素と反応するモデルを提案した。2.Ru超微粒子触媒上の窒素の活性化と化学反応性 プラズマ励起により、Ruブラック拠媒表面上に効率的に窒素が吸着され、約300℃付近にN_2TPDピークが見られる。プラズマ出力、励起時間によっても異なるが、吸着量はおよそ7x10^<-6>mol/gRuである。RuブラックのBET表面積5m^2/gを考慮すると表面の約10%のcoverageになる。脱離の活性化エネルギーは164kJ/molと見積られ、この脱離ピークは大部分が解離吸着した窒素N(a)と推定された。このRu金属表面上では室温においても吸着窒素は容易にアンモニアに転化することが見いだされた。

本研究では、プラズマ励起反応装置を用いることにより、実際の高表面積をもつ固体触媒上に窒素分子を効率的に活性化吸着させ、生成する表面新物質相のキャラクタリゼーションを行い、水素または水酸基などとの化学反応性を検討することを目的とした。1.アルミナ担持白金触媒上の窒素の活性化吸着と化学反応性 高表面積をもつアルミナおよびその表面にPt超微粒子を担持・分散させたアルミナ担持白金触媒(Pt/Al_2O_3)いずれの場合も、通常の窒素吸着においては、吸着は観測されなかった(N_2TPD)。しかし、プラズマにより窒素を励起すると、窒素吸着が生起するようになった。赤外吸収スペクトルにより、分子状吸着窒素に帰属される吸収バンドが見られ、この分子状吸着窒素はPt/Al_2O_3触媒においても主としてアルミナ上に存在することがわかった。Pt/Al_2O_3では室温での水素流通により、IR吸収バンドが顕著に減少し、著しい化学反応性を示した。このことから、室温においてもPt上の解離吸着水素がアルミナ担体上にスピルオバー(spillover)して分子状窒素と反応するモデルを提案した。2.Ru超微粒子触媒上の窒素の活性化と化学反応性 プラズマ励起により、Ruブラック拠媒表面上に効率的に窒素が吸着され、約300℃付近にN_2TPDピークが見られる。プラズマ出力、励起時間によっても異なるが、吸着量はおよそ7x10^<-6>mol/gRuである。RuブラックのBET表面積5m^2/gを考慮すると表面の約10%のcoverageになる。脱離の活性化エネルギーは164kJ/molと見積られ、この脱離ピークは大部分が解離吸着した窒素N(a)と推定された。このRu金属表面上では室温においても吸着窒素は容易にアンモニアに転化することが見いだされた。