金属表面の触媒反応の量子化学的研究

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触媒反応、特に固体融媒反応は、化学と化学工業の多くの分野で基本的な重要性をもっているにもかかわらず、その本性の多くは神秘のベールにつつまれている。それに理論的な光を投げかけることによって、、その本性の一端でもうかがい知ることができれば、それを手掛りにこの分野のbreak,throughがえられるものと期待される。この目的で本研究では次の2つの課題について研究を行った。1.プラチナ表面における水素分子の解離吸着: 本研究ではクラスターモデルを用いて、プラチナ表面における水素分子の解離吸着の構造、表面における原子移動の機構とエネルギー、分子吸着と解離吸着、表面の安定性、などについて研究した。その結果、プラチナ表面上での解離吸着は本質的には一個のpt原子上でおこり、side-on,on-topの構造をしていること、表面移行は滑らかにおこり、一個のptに一個のHが吸着している状態が安定なこと、吸着エネルギーはクラスターのサイズが大きい程実験値と一致すること、pt金属の表面は触媒作用発現中も安定であること、等が示された。プラチナ表面では、先に研究したパラジウム表面と異なり、解離吸着状態のみが安定に存在し、分子吸着状態は見られないようである。2.金属の触媒作用に関するDipped Adcluterモデル: 上の研究で用いたクラスターモデルは、その背後にある固体金属の影響を完全に無視しているため、電荷移動やスピン移動の大きな系の研究には不適切であると思われる。そこで、クラスターと吸着分子から成る系をadclusterと呼び、これが固体金属の電子浴に浸っていて、自由に電子のやりとりを行っているモデルを考えた。その平衡は両者の化学ポテンシャルが一致する条件によって定義し、分子軌道法によってこのモデルを適用する方法を確立した。まず、Pd-【O_2】系に応用して、興味ある結果を得た。