2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Reactivity and Reaction Mechanisms of Gas-phase Multi-elemental Clusters under Thermal Conditions
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17K14433
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
永田 利明 東北大学, 理学研究科, JSPS特別研究員(PD) (80783373)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | クラスター / 反応性 / 幾何構造 / 質量分析 / イオン移動度分析 / 速度定数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒反応を理解するためのモデル系として気相クラスターの反応研究が重要である。最終年度である当年度は、前年度までに研究した酸化セリウムを基本とした多元素クラスターの反応について補強的な実験・理論計算を行うとともに、これまでに培ってきた手法を種々の金属クラスター、金属酸化物クラスターの反応研究へと適用した。
研究対象の1つとして酸化マンガンクラスターの反応性を研究した。クラスターは従来通り真空装置内でレーザー蒸発法により生成した。これをパルス電場で反応ガスを満たしたイオンドリフトセルに入射し、反応させた。反応ガスとしては一酸化炭素(CO)をヘリウムで希釈して用いた。その後クラスターは飛行時間型質量分析で検出・同定した。イオンドリフトセルは通常クラスターの構造同定に用いる装置であるが、このようにクラスターの反応場として利用することができる。これは反応時間と反応ガスの数密度を正確に見積もることができ、熱的条件下での反応速度定数を高い確度で求められる利点がある。実験の結果、酸化マンガンクラスターへのCO分子の付加反応が観測された。速度定数を算出するために、COの数密度を変化させて実験を行い、それに対する反応割合の依存性を求めた。
別の研究対象として、ロジウム(Rh)クラスターと一酸化窒素(NO)の反応を研究した。本研究ではイオン移動度質量分析法を用いて反応前後のクラスターの構造を求めることを目指した。クラスターの生成は従来通りレーザー蒸発法を用い、NOと反応させた後にイオン移動度質量分析を行った。実験の結果、各サイズのRhクラスターに対し、NO濃度に応じて複数のNO分子の付加が見られた。これらのイオン移動度の測定値は、付加したNO分子数に応じて単調な増加を示した。理論計算との比較から、少なくとも1つ目のNO分子は、N-O結合を保ったままクラスター上に付加していると考えられる。
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