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波長選択性熱放射を用いた量子共鳴励起による化学反応促進

使用波长选择性热辐射通过量子共振激发促进化学反应

基本信息

批准号：
09J04382
负责人：
前神有里子
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

水素を生成するために工業的に用いられているメタンの水蒸気改質の効率を向上させることを目的として、波長選択性熱放射を用いた共鳴振動励起による化学反応促進のメカニズムを、実験と数値解析を用いた多角的な視点から解明する。これまで、二次元周期微細構造を有する波長選択エミッタを用いた波長選択性熱放射による光励起が、直接分子の振動に影響を与え、平衡状態に非常に近いメタン濃度および水素濃度が得られるが、一酸化炭素の濃度は平衡状態を著しく上回り、二酸化炭素の濃度は平衡状態の約半分相当となることが明らかになっている。質量分析計を用いた微量ガス成分の定性分析でも、中間体の状態から由来する副生成物と考えられるエタンやエチレンが測定されていることから、非平衡反応や他の化学反応が寄与していると考えられる。本年度は量子分子動力学法によるシミュレーションを行い、共鳴光照射環境下における化学反応メカニズムの考察を行った。具体的には、第一原理量子分子動力学計算を用いて、メタン分子の振動励起の有無で、メタンと水の2分子間における衝突エネルギー依存性や衝突角度依存性を計算し、分子の挙動と反応生成物について明らかにした。さらに、Tight-Binding量子分子動力学計算を用いて、メタンと水のそれぞれ5分子において、メタン分子の伸縮振動である波長域(3019cm^<-1>)の吸収帯に選択的に光を照射することにより振動励起した状態における大規模シミュレーションを行った。ここでは、分子構造の安定化を図るためにパラメータを調整し、プログラム改良して振動励起状態を再現した。これにより、中間体生成物を含む反応の素過程の一部が明らかになった。以上の結果として、波長選択エミッタを用いた波長選択性熱放射によってメタンおよび水分子の近中赤外における振動のエネルギー準位を共鳴励起することにより、化学反応が促進され、メタンの水蒸気改質における水素の生成効率が向上することが判明した。

Water element production and water vapor quality improvement for industrial applications; wavelength selective heat emission; resonance excitation; chemical reaction; and numerical analysis. For example, in the case of the two-dimensional periodic microstructure, wavelength selection, wavelength selection, thermal emission, excitation, direct molecular vibration, equilibrium, very close to the concentration of water, the concentration of carbon in the first acid, and the concentration of carbon in the second acid, the concentration of carbon in the second acid, and the concentration of carbon in the third acid, the concentration of carbon in the second acid, and the concentration of carbon in the third acid, the concentration of carbon in the third acid, and the concentration of carbon in the fourth acid, the concentration of carbon in the third acid, and the concentration of carbon in the fourth acid, the concentration of carbon in the third acid, and the concentration of carbon in the fourth acid, the concentration of carbon in the third acid, and the concentration of carbon in the fourth acid, the concentration of carbon in the third acid, the concentration of carbon in the fourth acid, and the concentration of carbon in the fourth acid, the concentration of carbon in the third acid, the concentration of carbon in the fourth acid, and the concentration of carbon in the third acid, the concentration of carbon in the fourth acid, the third acid, the concentration of carbon in the fourth acid, Mass analysis is used for qualitative analysis of trace components, investigation of the state of intermediates, determination of by-products, non-equilibrium reactions, and other chemical reactions. This year, the quantum molecular dynamics method was used to investigate the chemical reaction under resonance light irradiation Specific, first-principle quantum molecular dynamics calculations are used to calculate the existence of molecular vibration excitation, the dependence of water on the collision between two molecules, and the dependence of collision angles. In addition, Tight-Binding quantum molecular dynamics calculations are used to calculate the absorption of selected light in the wavelength region (3019 cm ^) of five molecules, including water and stretching vibration.<-1>The stability of the molecular structure is regulated and the vibration excitation state is improved. The intermediate product is a part of the reaction process. The above results show that the wavelength selective thermal emission, the wavelength selective thermal emission and the resonance excitation of the vibration of the water molecule in the near red region, the chemical reaction, the promotion and the water vapor modification, and the water element production rate are upward.