不均一系触媒の原子レベル接合構造制御と触媒機能の理論的解明

不均一系触媒の活性点は一般に担体上固定化された金属クラスターであることが多い。またこのような系の活性点であるナノ微粒子と担体とのヘテロ結合と微粒子自身の構造変化によって触媒特性が大きく変化することが報告されている。そこでこのような触媒活性の変化を電子状態変化の面から検討するために密度汎関数法によって検討を行った。対象とした系は単層カーボンナノチューブなどのモデル構造に少数のPdクラスターを導入したモデル系で、これらのスピン状態、電子状態の変化について検討を行った。これらのモデル構造としてSWCNT(5,5)と呼ばれるサイズのSWCNTとPdクラスターからなるモデル系を検討した。孤立したPd3クラスターの安定構造は二等辺三角形構造で基底状態は三重項である。このクラスターを内部、端部、外部に固定化したモデルの構造最適化を行い構造・電子状態変化を検討した。もっとも安定な構造はCNT(5,5)構造の外部固定したものがもっとも安定で44.26kcal/moiの吸着エネルギーが得られた。次が端部に固定化されたもので35.1kcal/molで最も不安定なのがCNT内部に固定化された直線構造でこの場合で18.9kcal/mo1の吸着エネルギーが得られた。これらの構造でCNTモデル構造の内部または端部にPdクラスターが固定化された時にはPdクラスターの電荷は負電荷を帯びる傾向があることが明らかになった。また基底スピン状態は、すべて低スピン状態の一重項が安定となり孤立系とは異なることも明らかになった。

不均一系触媒の活性点は一般に担体上固定化された金属クラスターであることが多い。またこのような系の活性点であるナノ微粒子と担体とのヘテロ結合と微粒子自身の構造変化によって触媒特性が大きく変化することが報告されている。そこでこのような触媒活性の変化を電子状態変化の面から検討するために密度汎関数法によって検討を行った。対象とした系は単層カーボンナノチューブなどのモデル構造に少数のPdクラスターを導入したモデル系で、これらのスピン状態、電子状態の変化について検討を行った。これらのモデル構造としてSWCNT(5,5)と呼ばれるサイズのSWCNTとPdクラスターからなるモデル系を検討した。孤立したPd3クラスターの安定構造は二等辺三角形構造で基底状態は三重項である。このクラスターを内部、端部、外部に固定化したモデルの構造最適化を行い構造・電子状態変化を検討した。もっとも安定な構造はCNT(5,5)構造の外部固定したものがもっとも安定で44.26kcal/moiの吸着エネルギーが得られた。次が端部に固定化されたもので35.1kcal/molで最も不安定なのがCNT内部に固定化された直線構造でこの場合で18.9kcal/mo1の吸着エネルギーが得られた。これらの構造でCNTモデル構造の内部または端部にPdクラスターが固定化された時にはPdクラスターの電荷は負電荷を帯びる傾向があることが明らかになった。また基底スピン状態は、すべて低スピン状態の一重項が安定となり孤立系とは異なることも明らかになった。