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

从头算分子轨道法阐明二氧化碳重整反应机理

• 批准号: 13750689
• 负责人: 廣田 光仁
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750689/
• 关键词: carbon dioxide; reforming; catalyst; ab initio MO calculation; ab initio molecular orbital method; catalysts

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。

This year, the molecular orbital method of non-chemical reaction was used to analyze the mechanism of CO2 emission under Ni catalyst. The results of this study confirm that the mechanism of Bradford-Vannice reaction is consistent with that of the original reaction. The results of the evaluation of the catalytic activity of Ru, Pt, Ir, Rh and Ru in the reaction system show that Ru and CO2 in the reaction system are the most effective catalysts. The following is a summary of the research on this topic. (1)Ni The catalyst medium CO2 dissociation reaction is related to the reaction of CO2 molecules, Side-on type and End-on type. Quantum chemical methods (including analysis of curved surfaces and molecular orbitals) are used to analyze the results, reaction species, reaction of CO2 molecules and catalyst effects. (2)Non-molecular orbital method was used to study the mechanism of CO2 dissociation and desorption on the surface of catalyst,(a) the mechanism of CO2 adsorption and desorption, and (b) the mechanism of CH4 adsorption and desorption. (3)The non-radiative molecular orbital method was used to calculate the CO2 emission from Ni catalyst and the Bradford-Vannice emission from Ni catalyst. In the case of noble metal catalysts, Ru is the most important catalyst.

项目成果

W.Takahama, M.Hirota, A.Fuwa: "Reaction analysis on carbon dioxide reformation over nickel catalyst by quantum chemistry"The Fourth Pacific Rim International Confernce on Advanced Materials and Processing (PRICM4). 2217-2220 (2001)

W.Takahama、M.Hirota、A.Fuwa：“量子化学对镍催化剂上二氧化碳重整的反应分析”第四届环太平洋先进材料与加工国际会议（PRICM4）。

W.Takahama, M.Hirota, A.Fuwa: "Reaction analysis on carbon dioxide reforming over nickel catalyst by quantum chemistry"Proc. Fourth Pacific Rim Int. Conf. on Advanced Materials and Processing. Vol.2. 2217-2220 (2001)

W.Takahama，M.Hirota，A.Fuwa：“量子化学对镍催化剂上二氧化碳重整的反应分析”Proc。