不均一触媒反応の理解を目指した理論・計算化学手法の開発

旨在理解多相催化反应的理论和计算化学方法的发展

• 批准号: 20037015
• 负责人: 牛山 浩
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20037015/
• 关键词: 不均一触媒; 計算化学; 量子化学; 化学反応論; 酸化反応; 理論化学; 化学反応動力学; プロトン移動

本年度は、具体触媒反応の例として、昨年度に引き続きイオン性結晶であるナノシート固体酸触媒におけるアルコールのエステル化反応と水酸化ルテニウムにおける2級アルコールのラセミか反応を取り上げた。ナノシート固体酸触媒に関しては、はじめに「表面」であることをきちんと反映するためにバンド計算を実行し、周期性を持った結晶構造、表面構造、電荷分布を決定した。次に、表面での触媒反応の研究を遂行するために、こうして決定された表面状態を十分に再現するように、表面のクラスターモデルの作成を行なった。モデルの有用性・適応範囲・量子論で扱う自由度やクラスターサイズの選択方法について、実験結果やバンド計算からのデータと比較検討しながら、表面の電子状態や不均一触媒反応の反応機構を解明し、触媒モデルを完成させた。この触媒モデルを使って、アルコールのエステル化反応の反応機構を調べ、実験事実を再現する結果が得られた。このことから、理論科学的手法を用いても、表面のモデル化さえしっかりとできれば、触媒反応にも応用できることが分かった。次に、水酸化ルテニウムに関しては、クラスターモデルを構築し、実験事実とあわせて反応機構に関して考察を行った。灰異数が6であることと電荷が+3であることを考慮し、モデルを作成した。このモデルを用いて、ラセミ化反応の反応機構を明らかにし、さらには酸化反応まで取り扱い、触媒サイクルをすべて網羅する計算を実行した。得られた結果は実験事実を再現するものであり、こうした計算科学的手法の有用性を示した。こうした研究を基に、表面における種々の時間-空間スケールでの緩和過程を記述するための基礎理論の開発を目指し、各スケール間のつながりを詳細に検討した.こうした研究を基に、今後も固体触媒表面の化学反応の統合的理解を目指した時間-空間マルチスケールの計算スキームの開発を進めていきたいと考えている。

This year は, specific catalyst 応 の example と し て, yesterday's annual に き 続 き イ オ ン sex crystallization で あ る ナ ノ シ ー ト solid acid catalyst に お け る ア ル コ ー ル の エ ス テ ル turn against 応 と water acidification ル テ ニ ウ ム に お け る level 2 ア ル コ ー ル の ラ セ ミ か anti 応 を take on り げ た. ナ ノ シ ー ト solid acid catalyst に masato し て は, は じ め に "surface" で あ る こ と を き ち ん と reflect す る た め に バ ン ド computing を line be し, periodic を っ た crystal structure, surface structure, charge distribution を decided し た. Time に, surface で の catalyst against 応 を の research carries out す る た め に, こ う し て decided さ れ た surface state を very に reappearance す る よ う に, surface の ク ラ ス タ ー モ デ ル の made を line な っ た. モ デ ル の usefulness, optimum 応 fan 囲, quantum theory で Cha う freedom や ク ラ ス タ ー サ イ ズ の sentaku method に つ い て, be 験 results や バ ン ド computing か ら の デ ー タ と compare beg し 検 な が ら, uneven surface や の electronic state of a catalytic 応 の を 応 authorities interpret し, catalytic モ デ ル を complete さ せ た. こ の catalyst モ デ ル を make っ て, ア ル コ ー ル の エ ス テ ル turn against 応 の を 応 authorities べ, be 験 things be を reappearance す る results ら が れ た. こ の こ と か ら, theoretical science technique を い て も, surface の モ デ ル change さ え し っ か り と で き れ ば, catalytic 応 に も 応 with で き る こ と が points か っ た. Time に, water acidification ル テ ニ ウ ム に masato し て は, ク ラ ス タ ー モ デ ル を constructing し, be 験 things be と あ わ せ て に 応 authorities masato し て line inspection を っ た. Grey outlier が 6 で あ る こ と が と charge + 3 で あ る こ と を し, モ デ ル を made し た. こ の モ デ ル を with い て, ラ セ ミ turn against 応 の を 応 authorities Ming ら か に し, さ ら に は acidification anti 応 ま で take り Cha い, catalytic サ イ ク ル を す べ て snare す る computing を line be し た. The られた results show that the <s:1> experiment actually を reproduces the する <s:1> であ であ, the う う た た た the techniques of た computational science を show the た. こ う し た を に, surface was studied に お け る kind 々 の time - space ス ケ ー ル で の detente process を account す る た め の basic theory の open 発 を refers し, various ス ケ ー ル between の つ な が り を detailed に beg し 検 た. こ う し た を に was studied, and the future も の solid catalyst surface chemical anti 応 の integrative understanding を refers し た time - space マ ル チ ス ケ ー <s:1> <s:1> calculate スキ ム ム <e:1> proceed を enter めて た た と と test えて る る.

项目成果

Hydrogen-bonding dynamics in aqueous solutions of amides and acids: monomer, dimer, trimer, and polymer.

• DOI: 10.1021/jp803627u
• 发表时间: 2008-10
• 期刊: The journal of physical chemistry. B
• 作者: H. Shirota;H. Ushiyama