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プロトン交換型ゼオライトは、典型的な固体酸触媒であり、かつ分子サイズの細孔を有する特異的な構造をしていることから、反応特異性のある重要な実用触媒のひとつとなっている。その触媒特性の重要な因子である酸性質をキャラクタライズするためにさまざまな手法やプローブ分子が用いられているが、手法やプローブ分子によって異なる結果を与えることが少なくない。そこで、本研究では、ゼオライトの酸点をキャラクタライズするのに適したプローブ分子を探り、その特徴を検討することを目的とした。
研究代表者は、従来から窒素や希ガスなどのように非常に弱い気体分子がゼオライトの酸点、しかも反応に有効であると考えられる非常に強い酸点をキャラクタライズするのに適していることを報告してきたが、従来から用いられてきているピリジンやアンモニアなどの塩基性の強いプローブ分子との相違は明確でなかった。また、両者の中間的なプローブとして水がある。今回は、水をプローブ分子として酸点をキャラクタライズすることを検討した。その結果、水はまず、ルイス酸点に優先的に吸着したのちブレンステッド酸点に吸着することがわかった。また、このことからルイス酸点の量を半定量的に測定できることがわかった。また、水は、吸着量が少ない領域では、ブレンステッド酸点上に水素結合で吸着することがわかった。
さらに、分子長の異なるアルカンを用いて、細孔径の小さなゼオライトであるフェリエライトの吸着を検討し、細孔入り口付近にある酸点の性質を入り口からの距離に応じて調べることができることが明らかになった。このように化学的性質が類似して分子の大きさの異なるプローブ分子を系統的に用いることにより、ゼオライトの酸点の位置関係を検討できることが明らかになった。
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