窒素酸化物の還元における表面窒素の各除去過程へのアルカリ添加効果

• Project/Area Number: 18550114
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Functional materials chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松島 龍夫 北大, 教授 (30002116)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,130,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2007: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2006: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 脱離の空間分布 / 窒素の脱離 / 酸化窒素の還元 / ロジウム / パラジウム / アルカリ金属 / 反応場 / 活性種の配向

Research Abstract

NOx処理触媒として活性なロジウム、パラジウム上に生成する表面窒素の除去過程は、(1)窒素原子の再結合、2N(a)→N2(g)、(2)中間体分解機構、N(a)+NO(a)→N_2O(a)→N_2(g)+O(a)、(3)中間体脱離機構N_2O(a)→N_2O(g)の外、水素還元では、アンモニア生成がある。生成分子の脱離の空間分布の違いを利用して、これらの過程の分離測定が可能である。特に本研究では低温域で主要な窒素除去を担う(2)と(3)の過程がアルカリ金属の共存で変化する様子を明らかにした。
(I)アルカリ金属なしではロジウム、パラジウム上ではN_2O分解から放出される窒素の空間分布は特異で、[001]方向に表面にほぼ平行に斜めに集中する。ロジウム(100)面では、NOの定常的還元中に窒素は500-750Kの温度域で、斜めに4方向(4回対称表面)に脱離が起こる。すなわち径路(2)が有効である。高温域では径路(1)が優勢で、窒素の脱離は表面垂直に指向する。NO圧が10^<-7>-10^<-4> Torr域の条件である。
(II)この表面にアルカリ金属(セシウム)を吸着量0.2単分子層まで吸着し、NO+D_2→N_2+D_2Oの定常反応を行い、生成する窒素の空間分布を測定することに成功した。窒素分子は750K以下で余弦則分布に従った。すなわち、径路(2)はアルカリ金属の共存で消滅している。これはアルカリ金属が酸化状態にあり、NOを硝酸塩として捉えてから放出するためである。硝酸塩の分解過程での窒素の放出機構はまだ明らかではない。

Research Products

• [Journal Article] The interplay of first-order kinetic and thermodynamic phase transitions in heterogeneous catalytic reactions. (2007)
  • Author(s): Vladimir P.Zhdanov, Tatsuo Matsushima
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett 98 Pages: 36101-36104
• [Journal Article] STM and NEXAFS studies of N_2O orientation on Pd(110) (2006)
  • Author(s): K.Watanabe, A.Kokalj, H.Horino, I.Rzeznicka, K.Takahashi, N.Nishi, T.Matsushima
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 45 Pages: 2290-2294
• [Journal Article] Spatial distributions of desorbing products in steady-state NO and N_2O reductions on Pd(110) (2006)
  • Author(s): Y.Ma, T.Matsushima, K.Shobatake, A.Kokalj
  • Journal Title: J. Chem. Phys 124
• [Journal Article] Surface-nitrogen removal in NO reduction on Pd(110) and its retardation by oxygen ; Angle-resolved desorption studies (2006)
  • Author(s): Y.Ma, T.Matsushima
  • Journal Title: Catal. Today 117 Pages: 90-97
  • NAID: 120000964534
• [Journal Article] Spatial and velocity distributions of desorbing products in steady-state NO+CO and N_2O+CO reactions on Pd(110) and Rh(110) (2006)
  • Author(s): T.Matsushima, Y.Ma, O.Nakagoe
  • Journal Title: e-J. Surf. Sci. Nanotech 4 Pages: 593-601
• [Journal Article] The collimation angle shift of desorbing product N_2 in a steady-state N_2O+CO reaction on Rh(110) (2006)
  • Author(s): T.Matsushima, O.Nakagoe, K.Shobatake, A.Kokalj
  • Journal Title: J. Chem. Phys 125
• [Journal Article] 脱離する生成分子が持ち出す表面構造情報 (2006)
  • Author(s): 松島龍夫
  • Journal Title: 表面 37 Pages: 326-331
  • NAID: 10019173889
• [Book] 脱離過程と実験、「表面物性工学ハンドブック」第14章第2節2 (2007)
  • Author(s): 松島 龍夫
  • Publisher: 丸善株式会社