N_2O分解反応における酸化カルシウム触媒の作用状態

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N_2Oは成層圏ではオゾン層破壊要因であるNOの前駆体となり、また地球温暖化ガスの1つに数えられるため、燃料燃焼起源のN_2O排出の抑制は、近い将来問題となるに違いない。申請者は先にN_2Oの直接分解反応において、酸化カルシウム(CaO)が高い活性を示し、また本反応が酸素共存下、炭化水素共存下でも進行することを見いだしている。本研究ではCaO触媒上でのN_2O分解反応における作用状態を明らかにする一環として、出発原料の異なるCaO触媒を用い、N_2O分解反応とCaO触媒の表面構造との関係について検討した。CaO触媒はCaCO_3あるいはCa(OH)_2をHe流通中、1173Kで2時間焼成して得た。CaO触媒の表面積はCaCO_3(BET表面積=42.2m^2g^<-1>)がCa(OH)_2原料(BET表面積=12.3m^2g^<-1>)に比べて高いかった。熱重量分析およびXRDによりこれらはCaOの単一相となっていることが確認されている。これらの触媒を用いてN_2O分解反応を行い表面積当りのN_2O分解反応速度を比較したところ、CaCO_3原料からのCaO触媒はCa(OH)_2原料からのそれに比べて高い活性を示した。また、SEM観察からはそれぞれの触媒のCaO結晶の形態に大きな差はないが、CaCO_3原料からのものではCaO結晶はより細かい粒子からなることがわかった。粒子径が小さく高表面を持つCaOがN_2分解反応に対して高い活性を示すことは、本反応が構造敏感反応であることを示している。すなわち、配位不飽和なサイトの多いCaO粒子のエッジあるいは凹凸の多い部分において、よりN_2O分解が進行していることが明らかとなった。