Ru触媒でCOを水素化する過程で,高カバー度でのCOの化学吸収と解離
Brett T Loveless1, Corneliu Buda, Matthew Neurock
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of California, Berkeley, California 94720, USA.
この研究は,フィッシャー・トロプシュ合成 (FTS) 過程で一酸化炭素 (CO) がルテニウム触媒に結合して活性化する方法を示しています. 補助なしの解離ではなく,水素によるCO活性化が鍵となるのは,特に曲線のあるクラスター表面でのことです.
科学分野:
- カタリシス カタリシス カタリシス
- 表面科学とは,地表科学である.
- コンピューティング・ケミストリー
背景:
- 炭素一酸化物 (CO) の吸収と活性化を理解することは,フィッシャー・トロプシュ合成 (FTS) を最適化するために極めて重要です.
- 以前の研究では,CO分離のための低調整部位が提案されたが,実験的および理論的証拠は依然として議論されている.
研究 の 目的:
- FTS中にルテニウム表面とクラスターで化学吸収されたCO (CO*) の構造,熱力学,および活性化を調査する.
- 主要なCO活性化経路とその触媒構造と反応条件への依存性を明らかにする.
主な方法:
- 密度関数理論 (DFT) の計算により,CO吸収と反応障壁をモデル化しました.
- 赤外線スペクトロスコーピーは,COの付加層構造と移動性を特徴付けます.
- FTS運動と活性化エネルギーを分析するためのメカニズムベースの速度方程式.
主要な成果:
- CO結合は,覆い面の増大に伴い弱くなり,カーブしたRu201群集の反発相互作用は弱くなります.
- Ru201のクラスターは,ジミナル・ディカルボニルによって,スーパモノ層の覆いを安定させる.
- 赤外線スペクトルでは,Ru/SiO2上の移動性CO付加層が示され,飽和するとより密度の高い構造を形成します.
- DFTは,H補助によるCO解離を (111) のテラスで支配的な経路として予測し,無補助解離にはより高い障壁がある.
- H補助経路は,観測された圧力,クラスターサイズ,および選択性効果と一致しています.
結論:
- 特殊な場所での無助解離ではなく,H補助によるCO解離が,Ru,Co,Fe触媒のFTSを制御する.
- DFTは,複雑で曲線のあるクラスター表面での触媒のモデリングに有効です.
- この発見は,FTSにおけるCO解離の活性部位に関する以前の仮定に異議を唱える.
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