水素分子起源の表面プロトン酸点の触媒作用の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450330
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 服部 英 北海道大学, エネルギー先端工学研究センター, 教授 (00000844)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 正昭 北海道大学, エネルギー先端工学研究センター, 助手 (70261360)
• Keywords: プロトン酸点 / 水素吸着速度 / スピルオーバー / 固体酸触媒 / アルカン異性化 / ジルコニア

Research Abstract

「水素分子起源の表面プロトン酸点」という表面酸点発現の新しい概念を普遍的に発展させ、生成したプロトン酸点の触媒作用を明らかにする目的で研究を行った。
Pt/SO_4^<2->-ZrO_2触媒と水素分子の相互作用を支配する因子を解明するために、酸性質を制御した表面への水素の吸着速度と酸点発現を検討し、酸性質が強い表面ほど水素のスピルオーバーと表面拡散が速く、したがって水素分子起源の表面プロトン酸点が発現しやすいことを明らかにした。また、Pt/WO_3-ZrO_2触媒およびWO_3-ZrO_2触媒と水素の相互作用を、ピリジンをプローブとする赤外分光法により検討し、触媒を水素存在下で加熱すると、ルイス酸点が減少するとともにプロトン酸点が増加することを明らかにした。水素分子からプロトン酸点の生成は、いずれの触媒でも起こるが、Pt/WO_3-ZrO_2触媒の方が低温で起こるのは水素の解離能の違いであることをH_2-D_2交換反応を用いて明らかにした。水素分子起源の表面プロトン酸点発現のメカニズムと表面構造との関連を、赤外分光法により表面構造を観察することによって明らかにした。
Pt/WO_3-ZrO_2触媒およびWO_3-ZrO_2触媒への水素吸着速度を解析し、Pt/WO_3-ZrO_2触媒では解離水素のスピルオーバーの段階、WO_3-ZrO_2触媒では水素原子の表面拡散の段階が律速であることを明らかにした.Pt/SO_4^<2->-ZrO_2触媒に比べるとPt/WO_3-ZrO_2触媒およびWO_3-ZrO_2触媒は水素のスピルオーバーと表面拡散が迅速に起こることが分かった。
Pt/SO_4^2-ZrO_2触媒、Pt/WO_3-ZrO_2触媒、およびWO_3-ZrO_2触媒を用いて、ヘプタン異性化の触媒活性を測定し、水素との相互作用と触媒活性・選択性との関連を検討し、異性化のメカニズムにおける水素の役割を明らかにするとともに、異性化の選択性を支配する重要な因子は水素のスピルオーバーと表面拡散速度であることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] S.Triwahyono: "IR Study of Acid Sites on WO3-ZrO_2 and Pt/WO_3-ZrO_2"Applied Catalysis A : General(電子ジャーナル). 6389. 1-9 (2002)
• [Publications] S.Triwahyono: "Effect of Na Addition, Pyridine, and Water on Hydrogen Adsorption Property of Pt/SO_4^<2->-ZrO_2(Short title : Hydrogen adsorption on Pt/SO_4^<2->-ZrO_2)"Catalysis Letter. 85(1-2). 109-115 (2003)
• [Publications] S.Triwahyono: "Kinetic study of hydrogen adsorption on Pt/WO_3-ZrO_2 and WO_3-ZrO_2"Applied Catalysis A : General. (in press). (2003)
• [Publications] S.Triwahyono: "IR Study of Structure of Acid Sites on WO_3-ZrO_2"Applied Catalysis A : General. (in press). (2003)