触媒反応励起分子の検知・役割解明・利用

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Pd,Pt,Rhなどの単結晶表面上のCO酸化(CO+O_2)反応で生成・脱離直後の振動励起CO_2分子の赤外線化学発光測定に世界に先駆けて成功させた技術を用い、工学的に重要な触媒反応に応用し、その反応ダイナミクスを解明することを目的とした。特に、環境汚染物質除去触媒反応(NO+CO,N_2O+CO,N_2O+CH_4など)については、活性向上のキーポイントになる表面酸素種(O(a))の除去で生成する振動・回転励起CO_2分子の赤外化学発光測定から、反応場効果および反応ダイナミクスを明らかにすることや、さらに、N_2Oなどから生成する発生期の酸素(解離直後のホットな酸素原子)とCO_2振動・回転エネルギーとの関係を明らかにし、メタン(CH_4)活性化におけるホット酸素原子の役割を解明することが目的となる。さらに、メタンの改質・部分酸化反応(CH_4+H_2O→CO+3H_2,CH_4+1/2O_2,→CO+2H_2)については、天然ガス(メタン主成分)の合成ガス(CO+H_2)への変換においては、発熱反応と吸熱反応が近接するためエネルギー授受も含めた反応ダイナミクスを解明することが重要であり、反応で生成する振動励起COおよびCO_2の赤外発光分光を行い、生成・脱離直前の反応素過程を明らかにすると同時に、ヒータブル分子線技術を用い、反応分子であるCH_4分子の励起により、その振動・並進エネルギー依存性から活性向上のための必須条件を明らかにすることが目的となる。本研究においては、既設の分子線真空反応装置についてスキマー付ヒータブルノズルシステムおよびターボ分子ポンプ差動排気システムを増設し、Rh(111)及びRh(110)上のCO+N_2O反応において、逆対称伸縮振動と比較して変角振動が励起しており、比較的まがった分子構造をもった遷移状態をもつことを明らかにした。