密度汎関数法によるゼオライト触媒の電子構造と反応性に関する研究

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Cuイオン交換ZSM-5触媒によるNO分解反応の機構を調べるため、ZSM-5の結晶構造から切り出した4つのモデルに基づいて、密度汎関数法による計算を行った。このうちSi2原子をAl2原子で置き換えた6員環モデルにCu1原子を入れた場合は,予想通りCuが2価のイオンになるためNOは吸着しないが、2原子を入れたモデルでは吸着する。しかし、Cu^<+1>価イオンはd^<10>電子配置であるため、そのダイマー構造は不安定であり、強い立体規制がないと反応中に分解してしまう。立体反発の高いエネルギー状態においては、2NO→N_2+O_2の分解反応をシミュレーションすることができた。このモデルを改良するために“余分の(extra)"酸素原子をダイマー構造に配位させたモデルを考えた。この酸素原子がCu^<+1>ダイマーから電子を取り去ることによりダイマー構造は安定化されることが確かめられた。ZSM-5の結晶構造をそのまま用いた周期モデル計算を行うために、プログラムの修正、拡張を行った。基本的方法は巨大な単位胞を用いた、Г点での1点計算であり、最近接の単位胞(3次元では27個)との相互作用のみを考慮する。メモリおよび使用ディスク容量を節約するようにプログラムの書き換えを行った。さらに、計算の規模を小さくするために基底関数系の選択などを行った上で、ZSM-5結晶の単位胞(288原子)を用いた計算を行い、状態密度や原子上の電子密度などを情報を得た。