ゼオライト触媒表面における原子配列構造と吸着分子配列・配向構造のin situ決定

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本研究では、原子間力顕微鏡(AFM)により、ゼオライト表面上での吸着分子の配列・配向構造を吸着の「その場」である液相でin situ観察し、その結果を半経験分子軌道法などにより理論的に解明した。すなわち、(1) 天然ゼオライトであるヒューランダイトおよびスティルバイトの劈解(010)面における原子配列を水中観察した。その結果、劈解表面がバルク終端していることを明らかにした。(2) これら二種のゼオライト(010)表面にピリジン塩基分子(ピリジン、ピコリン)を液相吸着させた系のin situ AFM分子像の観察に成功した。(3) 上のin situ AFM像から、ピリジン塩基分子の配列・配向構造を決定した。すなわちピリジンはゼオライト表面で二次元の六方晶を形成し、ピリジン環は表面平行から傾いて吸着していた。一方β-ピコリンは、配列・配向構造はピリジンのそれと類似していたが、メチル基の位置から推定して、通常予想されるN-corner on配向ではなく、edge on配向で吸着していることが予想された。(4) AFMより観察、推定された配列・配向構造の妥当性を、半経験分子軌道法ならびに分子力学法により検討した。これら理論計算の結果は、AFM観察とそれより得られた吸着配向構造の推定を裏付けた。