高周波プラズマによる窒素分子の活性化と化学的表面相互作用

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05225203
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 国森 公夫 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (60132990)
• Keywords: 不活性小分子 / プラズマ励起 / 窒素の活性化 / アルミナ / スピルオーバー / 表面水酸基

Research Abstract

前年度までに、Ru超微粒子およびPt/アルミナ触媒上の窒素の活性化と化学反応性に関する検討を行った。本年度は、さらにアルミナおよびPt/アルミナ触媒表面上の窒素プラズマ励起と吸着窒素の化学反応性について検討を続けるとともに、新たにAl_2O_3,TiO_2などの酸化物上の表面水酸基との励起窒素との化学的相互作用についての検討も開始した。
(1) IR吸収によるNH_Xの検出
プラズマ窒素処理後の室温での水素との反応中のアルミナ表面上の赤外吸収スペクトルから、水素との反応後、アンモニア吸着種と考えられるIRピークが観測された。450℃の真空熱脱気処理によりNH_3(ad)が分解し、NH_2(ad)が増大する。以上のことから室温水素処理により、比較的初期にNH_2(ad)などが生成し、TPD昇温中にアンモニアの生成・脱離および分解が起こると考えられた。
(2) Ptの役割---水素のスピルオーバー
室温においてもPt上の解離吸着水素がアルミナ担体上にスピルオーバー(spillover)して分子状窒素と反応するモデルが示唆された。著者らはIRにより室温でもアルミナ上の水酸基とD_2の交換反応が担持金属の存在により促進されることを見いだした。
(3) 表面水酸基とプラズマ励起窒素との化学反応
中空円筒型セラミックスにγアルミナコート(2.6g,BET200m^2/g)した触媒にプラズマ窒素処理することにより、効率よくアンモニア(および少量のヒドラジン)が生成することがわかった。水処理および高温脱気処理などを検討した結果、物理吸着水との反応ではなく、表面水酸基との特異な反応が存在することがわかった。

Research Products

• [Publications] 国森公夫: "Plasma-Induced Chemisorption of Nitrogen and Hydrogen on Alumina-Supported Platinum Catalysts" Studies in Surface Science and Catalysis. 77. 257-260 (1993)
• [Publications] 国森公夫: "Plasma-Induced Chemisorption of Nitrogen and Its Chemical Reactivity on Catalyst Surfaces" The Proc.of the 4th Japan-Korea Symposium on Catalysis. 123-124 (1993)
• [Publications] 国森公夫: "プラズマ励起によるAl_2O_3およびPt/Al_2O_3表面上への窒素の活性化吸着と反応特性" 表面化学. 14. 623-629 (1993)
• [Publications] 国森公夫: "Plasma-Induced Chemisorption of Nitrogen and Its Chemical Reactivity on Catalyst Surfaces" The Proc.of the 2nd International Conference on Reactive Plasmas and 11th Symposium on Plasma Processing. 487-490 (1994)
• [Publications] 国森公夫: "プラズマ励起を用いる不活性小分子の活性化と表面解折" 表面(広信社). 4月号(印刷中). (1994)