非経験的分子軌道法による二酸化炭素のリフォーミング反応機構の解明

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本年度は、非経験的分子軌道法を用いてNi触媒下におけるCO2リフォーミング反応の素反応機構の解明を試みた。その結果、本研究で算定された素反応機構は、Bradford-Vanniceの反応モデルと一致した。また、この反応モデルにおいて、Pt, Ir, RhならびにRuの触媒能の評価を行った結果、これら4つの触媒の中でRuがCO2リフォーミング反応に対して最も有効な触媒であることが示された。以下に本課題の研究の総括を示す。(1)Ni触媒を介したCO2解離反応に対する2つの反応モデル、すなわちSide-on type及びEnd-on typeを量子化学的な手法(ポテンシャルエネルギー曲面の解析及び分子軌道解析)を用いて解析した結果、反応種であるCO2分子の挙動やNiの触媒効果を明らかにすることができた。(2)非経験的分子軌道法を用いて、シリカ担体ニッケル触媒上のCO2リフォーミング反応機構の解明を試みた結果、(a)CO2の吸着及び脱着機構は表面反応を経て進行するのが最も妥当であること及び(b)CH4の解離吸着反応は吸着したO原子を活性サイトとしたモデルが最も妥当である。(3)非経験的分子軌道法を用いて算定されたNi触媒下におけるCO2リフォーミング反応の素反応機構は、Bradford-Vanniceの反応モデルと一致した。また、貴金属触媒の中では、RuがCO2リフォーミング反応に対して最も有効な触媒であることが示された。