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 34(2): 57-65 (2017)
doi:10.20731/zeoraito.34.2.57

解説解説

銅担持ゼオライトを用いた生体酵素模倣触媒の創製における計算化学的アプローチA Computational Approach to Design Enzyme Mimicking Catalysts by Utilizing Copper Containing Zeolites

京都工芸繊維大学 材料化学系Faculty of Materials Science and Engineering, Graduate School of Science and Technology Kyoto Institute of Technology ◇ 〒606-8585 京都市左京区松ヶ崎橋上町1 ◇ Matsugasaki, Sakyo-ku, Kyoto 606–8585, Japan

受理日:2017年2月28日Accepted: February 28, 2017
発行日:2017年4月15日Published: April 15, 2017
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本稿では,銅担持ゼオライトを用いた生体酵素模倣触媒の創製を目指した密度汎関数法計算の結果を紹介する。ここで,銅担持ゼオライトのナノメートルサイズの細孔内部で進行する酸素分子活性化,活性種の生成反応,およびその活性種によるメタンのC–H結合の活性化についての反応機構とポテンシャルエネルギー曲面に注目する。まず,密度汎関数法計算を用いた研究を行うに至った経緯を示すため,最近の関連した実験報告を紹介する。次に,実際に使用した量子化学計算の概略を説明するとともに,新規機能性材料の創製を目指した研究において密度汎関数法計算がどのように利用されるかを紹介する。

This review article will explain our recent results obtained from density functional theory calculations to design enzyme mimicking catalysts by utilizing copper-containing zeolites with a nanometer sized cavity surrounded by rigid frameworks. Here, we will discuss reaction mechanisms and potential energy surfaces for dioxygen activation by copper-containing zeolites to generate an active species, and for the activation of a methane C–H bond by a resultant active species. First of all, experimental findings relevant to our density functional theory studies will be presented. Next, we briefly overview quantum chemistry calculations, especially how density functional theory calculations evaluate the energy of materials including electron correlation effects. Furthermore, we explain how density functional theory findings, such as structures, frontier orbital energies, and vibration frequencies of materials, link to experimental observables, such as X-ray structures, electronic absorption, as well as Raman spectra. Finally, we will show important roles of density functional theory computations in designing enzyme mimicking catalysts as an example of novel functional nanometer-scaled materials.

キーワード:銅含有ゼオライト;メタン直接酸化;密度汎関数法計算;C–H結合活性化;遷移状態

Key words: Copper-containing Zeolites; Direct Oxidation of Methane; Density Functional Theory Calculations; C–H Bond Activation; Transition State

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