日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 31(3): 88-96 (2014)
doi:10.20731/zeoraito.31.3.88

解説解説

室温付近で水素・メタンの活性化能を示す特異な亜鉛イオンの創製場としてのMFI型ゼオライトMFI-type Zeolite Functioning as the Specific Field for the Zinc Ion Working as the Activation Site for H2, as well as CH4, at Around 300 K

岡山大学大学院自然科学研究科(理学系)Department of Chemistry, Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University ◇ 〒700-8530 岡山市北区津島中3-1-1

受理日:2014年7月19日Accepted: July 19, 2014
発行日:2014年9月10日Published: September 10, 2014
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我々は,亜鉛イオン交換MFI型ゼオライト(ZnMFIと略記)を利用することによって,室温付近でさえ水素やメタンの活性化が可能である現象について,MgMFI系と比較しながら,反応のdriving forceを明らかにしようとした。その際,実験的手法と計算化学的手法を組み合わせることによって研究を行った。MFI中のM7サイト上の二個のSi原子を二個のAl原子に置き換えた特異なモデル(“M7S2”モデル)を用いることによって,現象(すべての実験事実)を計算によって再現できることを示した。水素やメタンの活性化のdriving forceは水素およびメタンのHOMO軌道からZn2+ (4s)軌道への電子移動であることを明らかにした。これまで多くの研究者がAl配置の重要性を認識していたけれども,観測された現象との関連について言及した例はない。ゼオライトナノ空間場を利用することによって,これまでになかったような電子状態を交換イオンに賦与することが可能となることがわかった。今後,Al配置と金属の電子状態に関して実験的に更に明らかにしていくとともに,ゼオライト中での新奇な電子状態の創生と新物質合成の研究へと展開させていきたい。

We examined the H2- or CH4-activation behavior taking place at around 300 K on ZnMFI by comparison with the behavior observed in the system including MgMFI, on the basis of the experimental and calculation methods. All experimental data obtained were completely explained with the aid of DFT calculation adopting the M7S2 model which has a specific Al configuration (S2 in our definition) in the M7 site truncated from the MFI structure; the superior electron accepting nature is dominant in the heterolytic dissociation process of H2 or CH4 on ZnMFI in comparison with that of Mg2+ exchanged on the same site. As a result, we have concluded that the electron transfer (donation) nature from the σ (C–H) ortibal of CH4 toward the 4s orbital of Zn2+ plays an important role in the heterolytic CH4 activation process. None of the prior studies on the metal-ion exchanged zeolite samples have indicated the presence of a strong correlation with the Al arrangement in the zeolite lattice, although researchers in these fields are aware of the importance of such factor. The present studies will have provided some insights about creating new electronic states ever unknown by utilizing the zeolite matrix with appropriate Al arrangement as the support. We expect that the present work will pave the new way for developing the concept regarding to the synthesis of new materials thus far unknown, as well as the design of new type of catalysts.

キーワード:亜鉛イオン交換MFI型ゼオライト;水素・メタンの活性化;COプローブ分子;MFI中の亜鉛イオンの高い電子受容性;M7サイトにおけるAlの特異な配置

Key words: Zinc-ion-exchanged MFI-type zeolite; Activation of H2 and CH4 on ZnMFI at around 300 K; CO as a probe molecule; Efficient electron accepting nature of Zn ion in MFI; Specific Al configuration in the M7 site

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