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

点击翻译按钮获取中文摘要

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高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、水素又は水酸基などとの化学反応性を検討することを目的とする。本年度は、Al_2O_3,TiO_2,MgO,HY zeoliteなどの広い範囲の固体触媒について、表面水酸基と励起窒素との化学的相互作用について検討した。1.アルミナ表面水酸基とプラズマ励起窒素との化学反応中空円筒型セラミックスにγアルミナコート(BET area:200m^2/g)した触媒にプラズマ窒素処理することにより、効率よくアンモニアが生成することがわかった。水処理およびプラズマ処理回数依存性などを検討した結果、物理吸着水との反応は本実験条件では無視でき、表面水酸基との特異な反応が存在することがわかった。2.プラズマ励起窒素のTiO_2表面における反応TiO_2酸化物触媒にてプラズマ励起窒素の反応を行わせた結果、表面水酸基OHのIRピーク(3735,3670cm^<-1>)の減少が観測され、同時に3150-3400cm^<-1>の範囲にN-H伸縮振動と思われる吸収ピークが観測された。Al_2O_3表面と比較して、TiO_2表面における吸着窒素の反応性は高く、加熱により、N(a)+Ti-OH→NH_3+NOの反応が起こることがわかった。MgO表面とプラズマ励起窒素との反応によるN_2H_4の生成Al_2O_3,TiO_2などと異なり、MgO表面ではNH_3の他にN_2H_4生成が観測された(2.4x 10^<-6>mol/gcat,選択率30%)。N_2H_4生成量は脱気処理温度などに強く依存し、塩基性OHと分子状励起窒素N_2^*との直接反応により生成すると考えられる。