JP2002210375A - Method for designing catalyst structure - Google Patents

Method for designing catalyst structure

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JP2002210375A
JP2002210375A JP2001012399A JP2001012399A JP2002210375A JP 2002210375 A JP2002210375 A JP 2002210375A JP 2001012399 A JP2001012399 A JP 2001012399A JP 2001012399 A JP2001012399 A JP 2001012399A JP 2002210375 A JP2002210375 A JP 2002210375A
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JP
Japan
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catalyst
adsorption
energy
molecule
model
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Application number
JP2001012399A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Matsumoto
伸一 松本
Akira Miyamoto
明 宮本
Momoji Kubo
百司 久保
Seiichi Takami
誠一 高見
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently predict an optimum catalyst structure by obtaining the energy of a catalytic system including reactive molecules by precise calculations based on quantum mechanics. SOLUTION: The adsorption energy of the reactive molecules is calculated by using means including a means for determining a model catalyst including a main catalyst element and one or more other elements, a means for calculating the most stable structure of the model catalyst and the internal energy of the most stable structure, a means for calculating the internal energy of the reactive molecules accelerating a reaction by the model catalyst, a means for determining the adsorption structure of the reactive molecules and the model catalyst, and a means for calculating the most stable structure of the adsorption structure and the internal energy of the most stable structure. Similarly, the adsorption energy of the component atoms, etc., of the produced molecules is calculated, the dissociation-adsorption energy when the produced molecules are dissociated into the component atoms, etc., to be adsorbed on the model catalyst is calculated, and the adsorption energy of the reactive molecules is compared with the dissociation-adsorption energy of the produced molecules to predict the optimum catalyst structure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、最適触媒構造を求
める方法、より詳しくは、反応分子の吸着エネルギーと
生成分子の解離吸着エネルギーを求めることにより最適
触媒構造を予測する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for determining an optimum catalyst structure, and more particularly, to a method for predicting an optimum catalyst structure by obtaining the adsorption energy of a reactive molecule and the dissociation adsorption energy of a product molecule.

【0002】[0002]

【従来の技術】特定の化学種の化学反応を促進する又は
被毒の少ない触媒構造を設計するには、目的とする触媒
作用に対して可能性があると予想される触媒構造をスク
リーニングし、それらの触媒構造の触媒作用を実験的に
確認する手法が一般的である。しかし、こうした触媒構
造のスクリーニングは、多くは経験に基づくため、一般
に予測効率が低く、実際には、極めて長期間で多大の労
力を必要とする膨大な実験的試行錯誤を経た後に触媒構
造が決定されるのが通常である。
2. Description of the Related Art In order to design a catalyst structure which promotes a chemical reaction of a specific chemical species or is less toxic, a catalyst structure which is expected to have a potential for a desired catalytic action is screened. It is common to experimentally confirm the catalytic action of these catalyst structures. However, screening of such catalyst structures is largely empirical and therefore generally inefficient in predicting them.In practice, the catalyst structure is determined after extensive experimental trial and error, which requires a great deal of effort over a very long period of time. It is usually done.

【0003】このため、従来より触媒の設計を効率的に
行うことが検討され、例えば、特開平10−21892
4号、特開平10−218925号、特開平10−21
8934号、特開平10−326269号公報に、計算
により触媒構造を決定する手法が記載されている。
For this reason, it has been studied to design a catalyst efficiently, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-21892.
4, JP-A-10-218925, JP-A-10-21
No. 8934 and JP-A-10-326269 describe a technique for determining the catalyst structure by calculation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の特許出願においては、特定の触媒の最安定構造が、量
子力学又は分子運動学に基づいて計算されているもの
の、反応分子を含めた最安定構造や最安定エネルギーは
考慮されていない。したがって、本発明は、計算手法に
よる触媒構造の予測精度を一層高めるべく、反応分子を
含めた触媒系のエネルギーを量子力学に基づく計算によ
って求め、それにより高い効率で最適触媒構造を予測す
ることを目的とする。
However, in these patent applications, although the most stable structure of a specific catalyst is calculated based on quantum mechanics or molecular kinematics, the most stable structure including a reactive molecule is included. And the most stable energy is not taken into account. Therefore, the present invention seeks to obtain the energy of the catalyst system including the reacting molecules by calculation based on quantum mechanics in order to further increase the prediction accuracy of the catalyst structure by the calculation method, thereby predicting the optimum catalyst structure with high efficiency. Aim.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は、主触媒元素
と他の少なくとも1種の元素を含むモデル触媒を決定す
る手段、前記モデル触媒の最安定構造とその最安定構造
の内部エネルギーを算出する手段、前記モデル触媒によ
り反応を促進させる反応分子の内部エネルギーを算出す
る手段、前記反応分子と前記モデル触媒との吸着構造を
決定する手段、及び前記吸着構造の最安定構造とその最
安定構造の内部エネルギーを算出する手段、を含む手段
を用いて前記反応分子が前記モデル触媒に吸着するとき
の吸着エネルギーを算出し、前記反応により生成させる
生成分子の構成原子及び/又は構成原子集団と前記モデ
ル触媒との吸着構造を決定する手段、及び前記吸着構造
の最安定構造とその最安定構造の内部エネルギーを算出
する手段、を含む手段を用いて前記構成原子及び/又は
構成原子集団が前記モデル触媒に吸着するときの吸着エ
ネルギーを算出し、得られた前記構成原子及び/又は構
成原子集団の吸着エネルギーと、前記生成分子の解離エ
ネルギーを算出する手段より、前記生成分子が前記構成
原子及び/又は構成原子集団に解離して前記モデル触媒
に吸着するときの解離吸着エネルギーを算出し、そして
前記反応分子の吸着エネルギーと前記生成分子の解離吸
着エネルギーを比較して最適触媒構造を予測することを
特徴とする触媒構造の設計方法によって達成される。
The object of the present invention is to determine a model catalyst containing a main catalyst element and at least one other element, to calculate the most stable structure of the model catalyst and the internal energy of the most stable structure. Means for calculating the internal energy of a reaction molecule which promotes a reaction by the model catalyst, means for determining the adsorption structure between the reaction molecule and the model catalyst, and the most stable structure of the adsorption structure and the most stable structure Means for calculating the internal energy of the reaction molecule, calculating the adsorption energy when the reaction molecule is adsorbed on the model catalyst, using the means including: a constituent atom and / or a constituent atom group of a generated molecule generated by the reaction; Means for determining the adsorption structure with the model catalyst, and means for calculating the most stable structure of the adsorption structure and the internal energy of the most stable structure A step is used to calculate the adsorption energy when the constituent atoms and / or the constituent atom group is adsorbed on the model catalyst, and the obtained adsorption energy of the constituent atoms and / or the constituent atom group and the dissociation of the product molecule are calculated. Calculating a dissociation adsorption energy when the product molecule dissociates into the constituent atoms and / or the constituent atom group and adsorbs on the model catalyst; and This is achieved by a method for designing a catalyst structure, characterized in that the optimum catalyst structure is predicted by comparing the dissociation adsorption energies of the catalysts.

【0006】本発明の触媒構造の設計方法は、反応分子
が吸着され易くかつ生成分子が脱離し易い触媒が、目的
とする反応をより促進するとの技術的思想に基づくもの
である。この反応分子が触媒に吸着され易いことは、触
媒に反応分子が吸着するときの吸着エネルギーが低いこ
とに対応するはずである。したがって、本発明の方法で
は、可能性があると考えられる数多くの触媒構造につい
て、触媒、反応分子、及び触媒と反応分子を含む系の各
々のエネルギーを量子力学計算に基づく精密計算により
求め、それにより、触媒に反応分子が吸着するときの吸
着エネルギーを算出する。
The catalyst structure designing method of the present invention is based on the technical idea that a catalyst in which a reactive molecule is easily adsorbed and a generated molecule is easily desorbed promotes a desired reaction. The fact that the reaction molecule is easily adsorbed on the catalyst should correspond to the low adsorption energy when the reaction molecule is adsorbed on the catalyst. Therefore, in the method of the present invention, for many possible catalyst structures, the energies of each of the catalyst, the reactive molecule, and the system including the catalyst and the reactive molecule are obtained by precise calculation based on quantum mechanical calculation. To calculate the adsorption energy when the reactive molecule is adsorbed on the catalyst.

【0007】一方、反応分子が反応して生じる生成分子
が触媒から脱離し易いことは、生成分子がその構成原子
及び/又は構成原子集団に解離して触媒に吸着し難いこ
と、即ち、その生成分子がその構成原子及び/又は構成
原子集団に解離して触媒に解離吸着する過程での解離吸
着エネルギーが高いことに対応するはずである。したが
って、本発明の方法では、この構成原子及び/又は構成
原子集団についても同様にして量子力学計算に基づく精
密計算により、触媒に構成原子及び/又は構成原子集団
が吸着するときの吸着エネルギーを算出し、この算出さ
れた吸着エネルギーと、生成分子がその構成原子及び/
又は構成原子集団に解離するための解離エネルギーよ
り、その生成分子が触媒に解離吸着するときの解離吸着
エネルギーを算出する。
On the other hand, the fact that the product molecules generated by the reaction of the reaction molecules are easily desorbed from the catalyst means that the product molecules are less likely to be dissociated into their constituent atoms and / or constituent atomic groups and adsorbed on the catalyst. This should correspond to a high dissociative adsorption energy in the process in which a molecule dissociates into its constituent atoms and / or constituent atomic groups and dissociates and adsorbs to the catalyst. Therefore, in the method of the present invention, the adsorption energy when the constituent atoms and / or the constituent atom group is adsorbed on the catalyst is calculated by the precise calculation based on the quantum mechanical calculation for the constituent atoms and / or the constituent atom group in the same manner. Then, the calculated adsorption energy and the generated molecule are determined by their constituent atoms and / or
Alternatively, from the dissociation energy for dissociating into constituent atomic groups, the dissociation adsorption energy when the produced molecule dissociates and adsorbs to the catalyst is calculated.

【0008】ここで、構成原子とは、生成分子を構成す
る個々の原子であり、構成原子集団とは、生成分子が解
離して生じ得るラジカルのような原子集団を言う。ま
た、「構成原子及び/又は構成原子集団」とは、かかる
生成分子が解離して生じ得る構成原子と構成原子集団の
集合を意味する。そして、可能性があると考えられる数
多くの触媒構造について、反応分子の吸着エネルギーと
生成分子の解離吸着エネルギーを比較することで、反応
分子が吸着され易くかつ生成分子が脱離し易い触媒構造
を予測する。
[0008] Here, the constituent atoms are the individual atoms constituting the product molecule, and the constituent atom group refers to a group of atoms such as radicals that can be generated by dissociation of the product molecule. In addition, the “constituent atoms and / or constituent atomic group” means a set of constituent atoms and constituent atomic groups that can be generated by dissociation of such generated molecules. By comparing the adsorption energies of the reactive molecules and the dissociative adsorption energies of the generated molecules for a number of possible catalyst structures, we predict the catalyst structures that are likely to adsorb the reactive molecules and desorb the generated molecules. I do.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の方法は、主触媒元素と他
の少なくとも1種の元素を含むモデル触媒を決定する手
段を用いる。ここで、「主触媒元素」は、目的とする触
媒反応に最も有効であることが見出されている元素を選
択することができ、この場合、本発明の方法により、現
状よりも改良された触媒構造を予測することができる。
あるいは、「主触媒元素」は、特長のある性質を有する
が、何らかの負要因を併せて有する元素を選択すること
もでき、この場合、その負要因を抑えることで特長のあ
る性質が生かされ、従来にない触媒性能を有する触媒構
造を予測することができる。このような観点から選択さ
れる「主触媒元素」は、例えば、自動車排気ガスの浄化
用触媒であれば、白金、金、ロジウム、パラジウム等で
あり、燃料電池の電極触媒であれば白金、ルテニウム、
パラジウム等である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method of the present invention employs means for determining a model catalyst containing a main catalyst element and at least one other element. Here, as the “main catalyst element”, an element that has been found to be most effective for the intended catalytic reaction can be selected. In this case, the method of the present invention has improved the present condition. The catalyst structure can be predicted.
Alternatively, the “main catalyst element” has a characteristic property, but it is also possible to select an element that also has some negative factor.In this case, the characteristic property is utilized by suppressing the negative factor, A catalyst structure having unprecedented catalytic performance can be predicted. The “main catalyst element” selected from such a viewpoint is, for example, platinum, gold, rhodium, palladium, etc. for a catalyst for purifying automobile exhaust gas, and platinum, ruthenium for an electrode catalyst of a fuel cell. ,
Palladium and the like.

【0010】このモデル触媒には、主触媒元素に、少な
くとも1種の他の元素(以下、「付加元素」と称す
る。)が組み合わされる。この付加元素は、計算の迅速
性を利用して、任意な数多くの元素を選択することがで
きるが、好ましくは、主触媒元素と固溶体を形成する元
素が選定され、例えば、金が主触媒元素であれば、付加
元素は、金以外の貴金属又は遷移金属等から選択される
ことができる。
In this model catalyst, at least one other element (hereinafter, referred to as “additional element”) is combined with the main catalyst element. As the additional element, an arbitrary number of elements can be selected by utilizing the rapidity of calculation. Preferably, an element that forms a solid solution with the main catalyst element is selected. If so, the additional element can be selected from a noble metal other than gold, a transition metal, or the like.

【0011】本発明の方法は、上記のモデル触媒の最安
定構造及びその構造の内部エネルギーを計算する手段を
用いる。この手段においては、モデル触媒を構成する元
素を、最少構成単位にして空間に配置した条件で、量子
化学計算を用いた精密計算により、モデル触媒の最安定
構造及びその構造の内部エネルギーを求めることが簡便
な好ましい態様である。ここで、計算上の初期値として
は、計算が妥当に収束するように、原子半径には標準値
を用いることが好ましく、また、内部エネルギーの基準
は、モデル触媒を構成する原子核及び考慮している電子
が無限遠の位置に存在している状態とすることが好まし
い。
The method of the present invention uses the above-mentioned most stable structure of the model catalyst and means for calculating the internal energy of the structure. In this method, the most stable structure of the model catalyst and the internal energy of the structure are obtained by precise calculation using quantum chemical calculation under the condition that the elements constituting the model catalyst are arranged in space with the smallest constituent unit. Is a simple preferred embodiment. Here, as the initial value in the calculation, it is preferable to use a standard value for the atomic radius so that the calculation converges appropriately, and the standard of the internal energy is based on the nuclei constituting the model catalyst and the consideration. It is preferable that some electrons exist at a position at infinity.

【0012】この量子力学計算手法によるモデル触媒の
原子系の最安定構造の計算においては、例えば、密度汎
関数法(著書「”Density-Functional Theory of Atoms
andMolecules”, by R.G. Parr and W. Young, Oxford
University Press, Inc.(邦題“原子・分子の密度汎
関数法”R.G.パール、W.ヤング著、狩野覚、関元、吉田
元二監訳、シュプリンガーフェアラーク東京)」等を参
照されたい。)を用い、複数の原子系の有するエネルギ
ーを局所密度近似又は一般化勾配近似の下で計算するこ
とができる。ここで、計算精度を上げるため、原子番号
が大きい原子については相対論的効果を考慮し、また、
Singlet, Doublet, Triplet, Quartet等のとり得る全て
のスピン状態についてこの計算を行うことが好ましい。
In the calculation of the most stable structure of the atomic system of the model catalyst by the quantum mechanical calculation method, for example, a density functional method (“Density-Functional Theory of Atoms”)
andMolecules ”, by RG Parr and W. Young, Oxford
See University Press, Inc. (Japanese title "Density Functional Theory of Atoms and Molecules", RG Pearl, W. Young, Satoru Kano, Sekimoto, Genji Yoshida, Springer Verlag Tokyo). ) Can be used to calculate the energy of a plurality of atomic systems under local density approximation or generalized gradient approximation. Here, in order to increase the calculation accuracy, consider the relativistic effect for the atom with a large atomic number,
This calculation is preferably performed for all possible spin states such as Singlet, Doublet, Triplet, and Quartet.

【0013】この密度汎関数法による具体的な計算は、
以下のような自己無憧着場の方法に基づいて行うのが好
ましい態様である。即ち、この計算を先ず上記の初期条
件について行い、その条件下の内部エネルギーを原子座
標の関数として表す。次いで、その内部エネルギーの座
標微分量として原子間の力を算出し、その力にしたがっ
て、原子間の距離に微少量の変位を加える。
The specific calculation by the density functional method is as follows:
It is a preferable embodiment that the method is performed based on the following self-adventurous landing method. That is, this calculation is first performed for the above initial conditions, and the internal energy under those conditions is expressed as a function of atomic coordinates. Next, a force between atoms is calculated as a coordinate differential amount of the internal energy, and a minute displacement is applied to a distance between atoms according to the force.

【0014】次いで、この変位を加えた条件で再度上記
の計算を行い、内部エネルギーを原子座標の関数として
表す。初期条件のときと同様にして、内部エネルギーの
座標微分量として原子間の力を算出し、その力にしたが
って、原子間の距離に微少量の変位を加える。同様にし
て、分子間の距離に変位を加えた条件の設定と、その条
件下での内部エネルギーの計算を一定の収束水準になる
まで繰り返す。この繰り返し計算により、最小の内部エ
ネルギーが算出されると同時に、それ対応する構成原子
及び/又は構成原子集団の距離、即ち、触媒の最安定構
造を把握することができる。
Next, the above calculation is performed again under the condition where the displacement is added, and the internal energy is expressed as a function of atomic coordinates. As in the case of the initial condition, the force between the atoms is calculated as the coordinate differential amount of the internal energy, and a small displacement is applied to the distance between the atoms according to the force. Similarly, setting of a condition in which a displacement is added to the distance between molecules and calculation of the internal energy under the condition are repeated until a constant convergence level is reached. By this repetitive calculation, the minimum internal energy is calculated, and at the same time, the distance between the corresponding constituent atoms and / or constituent atom groups, that is, the most stable structure of the catalyst can be grasped.

【0015】また、本発明の方法は、上記のモデル触媒
との反応を検討すべき反応分子の内部エネルギーを算出
する手段を用いる。この反応分子は、例えば、モデル触
媒が自動車排気ガスの浄化用触媒であれば、浄化反応が
促進されるべきNOx、HC(炭化水素類)、COを選
択することができ、あるいは、触媒毒が問題とされてい
るSOxを選択することができる。また、燃料電池の電
極触媒をモデル触媒としたならば、この反応分子は、反
応が促進されるべきH2、CH4等を選択することがで
き、あるいは、触媒毒が問題とされているCOを選択す
ることができる。
Further, the method of the present invention uses a means for calculating the internal energy of the reaction molecule to be examined for the reaction with the model catalyst. The reaction molecules, for example, if the model catalyst catalyst for purifying automotive exhaust gases, NO x, HC (hydrocarbons) to purification reaction is promoted, it is possible to select a CO, or catalyst poisons Can select the SO x in question. If the electrode catalyst of the fuel cell is used as a model catalyst, the reaction molecule can select H 2 , CH 4, etc., for which the reaction is to be promoted, or CO 2 which is a problem of catalyst poisons. Can be selected.

【0016】この反応分子の内部エネルギーの算出は、
モデル触媒と同様に密度汎関数法に基づいて、とり得る
全てのスピン状態を考慮した繰り返し計算により行うこ
とが好ましい態様である。そして、反応分子を構成する
原子の、最小の内部エネルギーに対応する原子間距離を
求めることで反応分子の最安定構造を把握することがで
きる。なお、密度汎関数法の関数は、モデル触媒と反応
分子とで、それぞれ適切に選択することが好ましい。
The calculation of the internal energy of the reaction molecule is as follows:
In a preferred embodiment, the calculation is performed by repetitive calculation in consideration of all possible spin states, based on the density functional theory as in the case of the model catalyst. Then, the most stable structure of the reactive molecule can be grasped by obtaining the interatomic distance corresponding to the minimum internal energy of the atoms constituting the reactive molecule. It is preferable that the function of the density functional theory be appropriately selected for the model catalyst and the reaction molecule.

【0017】このようにして、モデル触媒と反応分子の
それぞれの最安定構造と内部エネルギーを求めた後、モ
デル触媒と反応分子との起こり得る吸着構造を決定する
手段を用いる。ここでは、実験的に確認された吸着構造
を含め、反応分子を構成する原子の電気陰性度等を考慮
しながら、あらゆる可能性のある吸着構造を挙げること
ができる。例えば、モデル触媒で2原子系であれば、吸
着構造は、主触媒元素の近傍、付加元素の近傍、又は主
触媒元素と付加元素の中間にそれぞれ反応分子が位置す
る構造を挙げることができる。
After obtaining the most stable structures and the internal energies of the model catalyst and the reaction molecule in this manner, a means for determining a possible adsorption structure between the model catalyst and the reaction molecule is used. Here, all possible adsorption structures can be mentioned in consideration of the electronegativity of the atoms constituting the reaction molecules, including the adsorption structure confirmed experimentally. For example, if the model catalyst is a diatomic system, examples of the adsorption structure include a structure in which reactive molecules are located in the vicinity of the main catalyst element, in the vicinity of the additional element, or in the middle between the main catalyst element and the additional element.

【0018】あるいは、反応分子の吸着構造は、主触媒
元素の原子中心と付加元素の原子中心を結ぶ直線上であ
って、主触媒元素の側に吸着される構造を選択すること
ができる。この吸着構造は、上記のように、その特長の
ある性質が生かされ、改良により従来にない触媒性能を
有する触媒とすることが期待される元素を主触媒元素と
する場合に好ましい態様である。この吸着構造が、主触
媒元素の特長のある性質を反応分子に最も及ぼすことが
できる吸着構造と考えられるためである。
Alternatively, the adsorption structure of the reactive molecule can be selected from a structure that is on a straight line connecting the atomic center of the main catalytic element and the atomic center of the additional element and is adsorbed on the side of the main catalytic element. As described above, this adsorption structure is a preferable embodiment in the case where an element expected to provide a catalyst having unprecedented catalytic performance by improvement is used as a main catalyst element as described above. This is because this adsorption structure is considered to be an adsorption structure that can exert the characteristic property of the main catalyst element to the reaction molecule most.

【0019】次いで、これらの吸着構造について、上記
のモデル触媒と反応分子のそれぞれについて最安定構造
と内部エネルギーを求めた計算と同様にして、モデル触
媒と反応分子が組み合わされた全体の系について、最安
定構造と内部エネルギーを求める。ここでも、全体の系
について、とり得る全てのスピン状態を考慮した繰り返
し計算を行うことが好ましい。
Next, with respect to these adsorption structures, in the same manner as in the above calculation for obtaining the most stable structure and the internal energy for each of the model catalyst and the reaction molecule, the entire system in which the model catalyst and the reaction molecule are combined is obtained. Find the most stable structure and internal energy. Also here, it is preferable to perform repetitive calculations in consideration of all possible spin states for the entire system.

【0020】このようにして求めたモデル触媒の内部エ
ネルギー(EM)、反応分子の内部エネルギー(ER)、
及び全体の系の内部エネルギー(EM+R)から、下記の
式により、反応分子がモデル触媒に吸着するときの吸着
エネルギー(Ea)を算出する。 Ea = EM+R−(EM+ER
The internal energy (E M ) of the model catalyst, the internal energy (E R ) of the reaction molecule,
Then, from the internal energy (E M + R ) of the whole system, the adsorption energy (E a ) when the reactive molecule is adsorbed on the model catalyst is calculated by the following equation. E a = E M + R − (E M + E R )

【0021】同様にして、このような計算を、目的とす
る反応により生成させる生成分子の構成原子及び/又は
構成原子集団についても行い、モデル触媒との吸着構造
を決定する手段、及びその吸着構造の最安定構造とその
最安定構造の内部エネルギーを算出する手段を含む手段
を用いて構成原子及び/又は構成原子集団がモデル触媒
に吸着するときの吸着エネルギーを算出する。この構成
原子及び/又は構成原子集団の吸着構造は、上記の反応
分子と同様に、あらゆる可能性のある吸着構造を挙げる
ことができ、あるいは、主触媒元素の原子中心と付加元
素の原子中心を結ぶ直線上であって、主触媒元素の側に
吸着される構造を選択することもできる。
In the same manner, such calculation is also performed on constituent atoms and / or constituent atom groups of the generated molecules to be generated by the target reaction to determine the adsorption structure with the model catalyst, and the adsorption structure The adsorption energy when the constituent atoms and / or a group of constituent atoms are adsorbed on the model catalyst is calculated using a means including a means for calculating the most stable structure of the above and the internal energy of the most stable structure. As the adsorption structure of the constituent atoms and / or the constituent atom group, any possible adsorption structure can be mentioned as in the case of the above-described reaction molecule, or the atomic center of the main catalyst element and the atomic center of the additional element can be used. It is also possible to select a structure that is on a connecting straight line and is adsorbed on the side of the main catalyst element.

【0022】次いで、得られた構成原子及び/又は構成
原子集団の吸着エネルギー(Ea)と、生成分子が構成
原子及び/又は構成原子集団に解離する構成原子及び/
又は構成原子集団あたりの解離エネルギー(Ed)か
ら、下記の式により、生成分子が構成原子及び/又は構
成原子集団に解離してモデル触媒に吸着するときの解離
吸着エネルギー(Eda)を算出する。 Eda= Ea+Ed
Next, the adsorption energy (E a ) of the obtained constituent atoms and / or constituent atom groups and the constituent atoms and / or constituent atoms and / or dissociated into constituent atoms and / or constituent atom groups of the produced molecules.
Alternatively, from the dissociation energy (E d ) per constituent atom group, the dissociation adsorption energy (E da ) when the generated molecules dissociate into constituent atoms and / or constituent atom groups and adsorb to the model catalyst is calculated by the following formula. I do. E da = E a + E d

【0023】以上の方法による計算を、付加元素を変え
て繰り返し、反応分子の吸着エネルギー(Ea)、及び
生成分子の解離吸着エネルギー(Eda)を各種の付加元
素について算出する。そして、それらの各エネルギーを
比較して、付加元素を変えることによる各エネルギーの
変動を把握し、それにより、反応分子が吸着され易くか
つ生成分子が脱離し易い触媒構造を予測する。以下、実
施例によって本発明をより具体的に説明する。
The calculation by the above method is repeated while changing the additional element, and the adsorption energy (E a ) of the reactive molecule and the dissociative adsorption energy (E da ) of the generated molecule are calculated for various additional elements. Then, the respective energies are compared to grasp the fluctuation of each energy due to the change of the additional element, thereby predicting a catalyst structure in which reactive molecules are easily adsorbed and generated molecules are easily desorbed. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

【0024】[0024]

【実施例】自動車用エンジン等の排気ガスに含まれるN
xを浄化する触媒を改良する目的で、反応分子はNO
として、下記の反応を促進する触媒構造を予測するため
の計算を行った。 NO → 1/2N2+1/2O2 主触媒元素としては金を選択し、付加元素は、周期律表
第4〜6周期の元素から1つを選択し、主触媒元素Aと
付加元素Bの2つの原子を空間に配置したモデル触媒に
ついて下記に説明する量子力学計算を行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS N contained in exhaust gas from an automobile engine or the like
In order to improve the catalyst for purifying O x , the reactive molecule is NO
The following calculation was performed to predict a catalyst structure that promotes the following reaction. NO → 1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 Gold is selected as the main catalyst element, and the additional element is selected from the elements of the fourth to sixth periods of the periodic table. The quantum mechanical calculation described below was performed on a model catalyst in which two atoms were arranged in space.

【0025】主触媒元素を金とした理由は以下の通りで
ある。金元素は、NOx浄化に有効なことが見出されて
いる貴金属の中でも、酸素分子の解離吸着エネルギーが
極めて高く、即ち、酸素分子を脱離し易いといった極め
て特長のある性質を有する。この性質は、NOx浄化を
促進する上で極めて重要な性質と考えられる。その一方
で、金元素は、NOxの吸着エネルギーが比較的高い、
即ち、NOxを比較的吸着し難いといった負要因を有す
る。したがって、金元素の特長を維持しながらこの負要
因を抑えれば、従来にないNOx浄化性能を有する触媒
の実現が期待されるためである。
The reason for using gold as the main catalyst element is as follows. Among the noble metals that have been found to be effective for NO x purification, the gold element has extremely high dissociation and adsorption energy of oxygen molecules, that is, it has extremely characteristic properties such as easy desorption of oxygen molecules. This property is considered extremely important property in promoting the NO x purification. On the other hand, gold element has a relatively high adsorption energy of NO x,
That has a negative factors such hardly relatively adsorbs NO x. Therefore, Osaere the negative factors while maintaining the advantages of gold elements, because the realization of a catalyst having unprecedented the NO x purification performance can be expected.

【0026】計算上の初期値として、主触媒元素と付加
元素の原子間距離は、標準状態(20℃の0.1MP
a)での各原子半径の和を用い、内部エネルギーの基準
は、モデル触媒を構成する原子核及び考慮している電子
が無限遠の位置に存在している状態とした。
As a calculation initial value, the interatomic distance between the main catalyst element and the additional element is set to a standard state (0.1 MPa at 20 ° C.).
Using the sum of the respective atomic radii in a), the standard of the internal energy was a state in which the nuclei constituting the model catalyst and the electrons under consideration exist at a position at infinity.

【0027】量子力学計算は、密度汎関数法に基づいた
局所密度近似による Vosko-Wilk-Nusairの提案した汎関
数(文献「S.H. Vosko, L. Wilk and M. Nusair, Cana
d. J.Phys. 58 (1980) 1200 」を参照されたい。)を用
い、計算プログラムは「”ADF User's Guide ADF Progr
am System Release 1999.02”, by Scientific Computi
ng & Modeling NV 」を用いた。
The quantum mechanical calculation is based on the functional proposed by Vosko-Wilk-Nusair based on the local density approximation based on the density functional method (see the literature "SH Vosko, L. Wilk and M. Nusair, Cana
d. J. Phys. 58 (1980) 1200 ". ), And the calculation program is “” ADF User's Guide ADF Progr
am System Release 1999.02 ”, by Scientific Computi
ng & Modeling NV "was used.

【0028】原子に属する電子の軌道を表す基底関数と
しては、原子の分極効果による補正を加味してオービタ
ルをガウス型の近似関数で表現し、N原子とO原子につ
いては triple zeta with polarization 関数を用い、
モデル触媒の構成元素については double zeta polariz
ation 関数を用いた。
As a basis function representing the orbit of an electron belonging to an atom, an orbital is represented by a Gaussian approximation function taking into account the correction by the polarization effect of the atom, and a triple zeta with polarization function is used for N and O atoms. Use
Double zeta polariz for model catalyst constituent elements
The ation function was used.

【0029】また、Pauli の定式化にしたがって相対論
的効果を考慮した補正を行い、さらに、電子密度に加え
て電子密度の勾配をも考慮して結合エネルギーの過大評
価を補正し、Singlet, Doublet, Triplet, Quartet等の
とり得る全てのスピン状態についてこの計算を行った。
ここで、これらの関数による計算からは、芯軌道の電子
は除外し、N原子とO原子は1s軌道、第4周期元素は3p
軌道及びそれよりエネルギー準位の低い軌道、第5周期
元素は4p軌道及びそれよりエネルギー準位の低い軌道、
第6周期元素は5p軌道及びそれよりエネルギー準位の低
い軌道をそれぞれ芯軌道とした。
According to Pauli's formulation, correction is made in consideration of the relativistic effect, and further, the overestimation of the binding energy is corrected in consideration of the gradient of the electron density in addition to the electron density. This calculation was performed for all possible spin states such as Triplet, Quartet, etc.
Here, from calculations using these functions, electrons in the core orbital are excluded, N and O atoms are 1s orbital, and the fourth period element is 3p
Orbital orbital with lower energy level, 5th period element is 4p orbital orbital with lower energy level,
For the sixth period element, a 5p orbital and an orbital having an energy level lower than the 5p orbital were defined as core orbitals.

【0030】計算過程としては、上記の関数を用いて内
部エネルギーを原子座標の関数形に表し、その内部エネ
ルギーの微分量として力を算出し、その力にしたがって
モデル触媒を構成する原子に微少の変位を加えた。そし
て、繰り返しの最初に戻り、再び内部エネルギーの計算
を行った。
In the calculation process, the internal energy is expressed in the form of a function of atomic coordinates using the above function, and a force is calculated as a differential amount of the internal energy. Displacement was added. Then, returning to the beginning of the repetition, the internal energy was calculated again.

【0031】この自己無憧着場の方法に基づく繰り返し
計算の中で、前回の繰り返し計算の内部エネルギーと今
回の内部エネルギーとの差が1.0×10-5原子単位未
満となったとき、A原子とB原子の2原子からなるクラ
スター構造が最安定構造であると判断した。この触媒構
造の最適化後に一般化密度勾配近似法レベルでの内部エ
ネルギーを算出し、この値を安定構造を有する内部エネ
ルギー(EAB)とみなした。この一般化密度勾配近似法
の下での計算は、交換項に Beckeの関数を、相関項とし
て Perdew の関数を組み合わせたものを使用した。
In the repetitive calculation based on the self-adventive landing method, when the difference between the internal energy of the previous repetitive calculation and the current internal energy is less than 1.0 × 10 −5 atomic unit, The cluster structure consisting of two atoms, A and B, was determined to be the most stable structure. After the optimization of the catalyst structure, the internal energy at the level of the generalized density gradient approximation method was calculated, and this value was regarded as the internal energy (E AB ) having a stable structure. Calculations under this generalized density gradient approximation method used a combination of Becke's function for the exchange term and Perdew's function for the correlation term.

【0032】反応分子であるNOについては、triple z
eta with polarization 関数による密度汎関数法を用い
た以外はモデル触媒と同様にして、とり得る全てのスピ
ン状態を考慮した繰り返し計算を行い、最安定構造とそ
れに対応する内部エネルギー(ENO)を求めた。
For NO as a reactive molecule, triple z
Calculates the most stable structure and the corresponding internal energy (E NO ) by repeating the calculation taking into account all possible spin states in the same way as the model catalyst except that the density functional method based on the eta with polarization function is used. Was.

【0033】以上のようにして、モデル触媒とNOの最
安定構造及びそれらの内部エネルギーEABとENOを求め
た後、NOをモデル触媒の近傍に配置したモデル吸着構
造を想定した。このNOの吸着構造は、金原子の原子中
心と付加元素の原子中心を結ぶ直線上であって、金原子
の側にN原子から吸着される構造を想定した。この吸着
構造を想定したのは、上記のように、金の極めて特長の
ある性質が最大限発揮される吸着構造と考えられるため
であり、N原子から吸着される構造を想定したのは、N
原子とO原子の電気陰性度を考慮したためである。
After obtaining the most stable structures of the model catalyst and NO and their internal energies E AB and E NO as described above, a model adsorption structure in which NO is arranged near the model catalyst was assumed. This NO adsorption structure is assumed to be a structure in which a N atom is adsorbed on the side of the gold atom on a straight line connecting the atom center of the gold atom and the atom center of the additional element. This adsorption structure was assumed because it is considered as an adsorption structure in which the extremely characteristic properties of gold are maximized as described above. The structure adsorbed from N atoms was assumed to be N
This is because the electronegativity of atoms and O atoms was considered.

【0034】このNOをモデル触媒の近傍に配置した各
々のモデル吸着構造について、モデル触媒とNOの最安
定構造及びその内部エネルギーを求めた手法と同様にし
て、モデル触媒と反応分子の全体の系について最安定構
造と内部エネルギー(EAB-N O)を求めた。ここでも、
とり得る全てのスピン状態を考慮した繰り返し計算を行
った。
This NO was placed in the vicinity of the model catalyst.
For each model adsorption structure, the lowest model catalyst and NO
The same method was used to determine the constant structure and its internal energy.
The most stable system for the entire system of model catalysts and reactive molecules.
Structure and internal energy (EAB-N O). even here,
Iterative calculation taking into account all possible spin states
Was.

【0035】得られた各内部エネルギーから、下記の式
によって、NOがモデル触媒に吸着するときの吸着エネ
ルギーEa(NO)を算出した。 Ea(NO) = EAB-NO−EAB−ENO 同様にして、N原子とO原子についても上記の量子力学
に基づく精密計算により、N原子とO原子がモデル触媒
に吸着するときの吸着エネルギーのそれぞれE a(N)とE
a(O)を下記の式より算出した。 Ea(N)= EAB-N−EABa(O)= EAB-O−EAB
From the obtained internal energies, the following equation is obtained.
The adsorption energy when NO is adsorbed on the model catalyst
Lugie Ea (NO)Was calculated. Ea (NO) = EAB-NO-EAB-ENO Similarly, for the N and O atoms, the above quantum mechanics
N and O atoms are model catalysts
Of adsorption energy when adsorbing on a (N)And E
a (O)Was calculated from the following equation. Ea (N)= EAB-N-EAB Ea (O)= EAB-O-EAB

【0036】次いで、得られたN原子とO原子の吸着エ
ネルギー、及びN2分子とO2分子の解離エネルギーD
(N)とD(O)より、モデル触媒ABにN2分子とO2分子が
N原子とO原子に解離して吸着する解離吸着エネルギー
のそれぞれEda(N)とEda(O)を下記の式より算出した。 Eda(N)= Ea(N)+1/2D(N)= EAB-N−EAB+1/
2D(N)da(O)= Ea(O)+1/2D(O)= EAB-O−EAB+1/
2D(O)2分子とO2分子の解離エネルギーは、下記の便覧値と
した。本発明では、エネルギーの相対値を問題とし、基
準が明確であれば足りるからである。 D(N)=946.2kJ/モル、D(O)=498.6kJ
/モル
Next, the obtained adsorption energies of N atoms and O atoms, and dissociation energies D of N 2 molecules and O 2 molecules,
From (N) and D (O) , the dissociation adsorption energies E da (N) and E da (O) at which the N 2 and O 2 molecules dissociate and adsorb to the N and O atoms, respectively, are modeled on the model catalyst AB. It was calculated from the following equation. E da (N) = E a (N) + 1 / 2D (N) = E AB-N -E AB + 1 /
2D (N) E da (O ) = E a (O) + 1 / 2D (O) = E AB-O -E AB + 1 /
The dissociation energies of 2D (O) N 2 molecules and O 2 molecules were based on the following handbook values. This is because, in the present invention, the relative value of the energy is considered, and it is sufficient if the criterion is clear. D (N) = 946.2 kJ / mol, D (O) = 498.6 kJ
/ Mol

【0037】このようにして得られた計算結果を表1〜
12、及び図1〜6にまとめて示している。表1〜4
は、主触媒元素の金元素と付加元素の第4周期元素が組
み合わされた系についての計算結果を示すものであり、
表1は、金元素と付加元素の系における最小の全エネル
ギー、それに対応する原子間距離、各原子の電荷、スピ
ン状態の計算値を示し、表2〜4は、その系にNO、N
原子、O原子がそれぞれ吸着したときの吸着エネルギ
ー、原子間距離、各原子の電荷、スピン状態の計算値を
示す。表5〜8、表9〜12は、それぞれ金元素と付加
元素の第5周期元素、第6周期元素が組み合わされた系
についての同様な計算結果を示すものである。
The calculation results obtained in this way are shown in Tables 1 and 2.
12 and FIGS. 1 to 6. Tables 1-4
Shows the calculation results for a system in which the gold element of the main catalyst element and the fourth period element of the additional element are combined,
Table 1 shows the minimum total energy in the system of the gold element and the additional element, the corresponding interatomic distance, the charge of each atom, and the calculated value of the spin state. Tables 2 to 4 show that NO, N
The calculated values of the adsorption energy, interatomic distance, charge of each atom, and spin state when an atom and an O atom are respectively adsorbed are shown. Tables 5 to 8 and Tables 9 to 12 show similar calculation results for systems in which the fifth element and the sixth element of the gold element and the additional element are combined, respectively.

【0038】図1〜3は、それぞれ金元素と付加元素の
第4周期元素、第5周期元素、第6周期元素が組み合わ
された系にNO分子、N原子、O原子が吸着したときの
吸着エネルギーEa(NO)、Ea(N)、Ea(O)をまとめて示
すものである。図4〜6は、それぞれ金元素と付加元素
の第4周期元素、第5周期元素、第6周期元素が組み合
わされた系に、それぞれN2分子とO2分子がN原子とO
原子に解離して吸着する解離吸着エネルギーEda(N)
da(O)を、NO分子吸着したときの吸着エネルギーE
a(NO)と併せて示すものである。図1〜6には、左端に
Auを示しており、この系は、付加元素を金とした基準
系を示すものである。
FIGS. 1 to 3 show the adsorption when NO molecules, N atoms and O atoms are adsorbed to a system in which the fourth, fifth and sixth periodic elements of the gold element and the additional element are respectively combined. The energy Ea (NO) , Ea (N) , and Ea (O) are collectively shown. 4-6, Period 4 element of the additional elements respectively gold element, Period 5 element, the sixth period elements are combined system, N 2 molecules and O 2 molecules respectively and N atoms O
The dissociation adsorption energies E da (N) and E da (O) that dissociate and adsorb to atoms are converted to the adsorption energy E when NO molecules are adsorbed.
This is shown together with a (NO) . 1 to 6, Au is shown at the left end, and this system is a reference system using gold as an additional element.

【0039】図4〜6に示した結果より、金のみの基準
系と、付加元素を加えた各種の系のN2分子とO2分子の
解離吸着エネルギーEda(N)とEda(O)、及びNO分子の
吸着エネルギーEa(NO)に生じた変動を把握することが
できる。図4〜6に示した結果を吟味すると、金元素
は、酸素を脱離し易い元素であることが実験的に知られ
ているが、このことはO原子の解離吸着エネルギーがプ
ラス側にあることに整合している。また、窒素は、触媒
から極めて脱離し易く、脱離を促進させることが一般に
必要のない元素であることが経験的に認識されている
が、このことはN原子の解離吸着エネルギーが、金のみ
の基準系と付加元素を加えた系のいずれについても極め
て高いレベルにあることに整合している。
From the results shown in FIGS. 4 to 6, the dissociation adsorption energies E da (N) and E da (O ) of N 2 and O 2 molecules of the gold-based reference system and various systems to which additional elements are added are shown. ) And the fluctuations in the adsorption energy Ea (NO) of NO molecules can be grasped. Examining the results shown in FIGS. 4 to 6, it is experimentally known that gold is an element that easily desorbs oxygen, which means that the dissociative adsorption energy of O atoms is on the positive side. Consistent with. In addition, it has been empirically recognized that nitrogen is an element that is extremely easily desorbed from the catalyst and does not generally need to promote desorption, but this is because the dissociation and adsorption energy of N atoms is limited to only gold. This is consistent with the extremely high levels of both the reference system and the system to which additional elements are added.

【0040】このように、O原子とN原子の解離吸着エ
ネルギーの計算結果は、実験的事実と整合しており、こ
のことは、本発明の方法の妥当性を実証しているものと
考えられる。次に、金元素に付加元素を加えた各種の系
の中から、改良されたNOx浄化用触媒の展望を考察す
ると、NOの吸着エネルギーが金のみの基準系よりも低
下する系に改良の可能性があると考えられる。この吸着
エネルギーが低くなれば、触媒がNOを吸着し易く、触
媒作用を及ぼし易くなると考えられるためである。
As described above, the calculation results of the dissociation and adsorption energies of O atoms and N atoms are consistent with experimental facts, and this is considered to demonstrate the validity of the method of the present invention. . Then, the additional element among various systems were added to the gold element, considering the perspectives of the NO x purifying catalyst improved, the improved system in which the adsorption energy of the NO is lower than the reference system of only money It is considered possible. This is because if the adsorption energy is reduced, the catalyst is likely to adsorb NO and easily exert a catalytic action.

【0041】一方、NOの吸着エネルギーとO原子の解
離吸着エネルギーの合計エネルギーもまた考慮すべきで
あると考えられる。この合計エネルギーがマイナス側に
あると、NOが吸着されてO2分子が脱離することがエ
ネルギー的に促進され、即ち、NOの吸着とO2分子の
脱離の交換が促進されると考えられるためである。この
観点から図4〜6に示した結果を吟味すると、Fe、C
o、Ru、Rh、Re、Os、Ir、Prを付加元素と
した系に可能性が見出されていると言うことができる。
また、このように可能性を明示できることは、本発明の
方法による触媒設計の予測性を実証しているものでもあ
る。
On the other hand, it is considered that the total energy of the adsorption energy of NO and the dissociation adsorption energy of O atoms should also be considered. If this total energy is on the negative side, it is considered that NO is adsorbed and O 2 molecules are desorbed energetically, that is, exchange of NO adsorption and desorption of O 2 molecules is promoted. That is because Examining the results shown in FIGS.
It can be said that a possibility has been found in a system in which o, Ru, Rh, Re, Os, Ir, and Pr are added elements.
This ability to demonstrate the potential also demonstrates the predictability of catalyst design by the method of the present invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】最適な触媒構造予測するにおいて、反応
分子を含めた触媒系のエネルギーを量子力学計算に基づ
いて精密計算することで、高い精度で最適な触媒構造の
予測することができる。
According to the present invention, the optimum catalyst structure can be predicted with high accuracy by precisely calculating the energy of the catalyst system including the reaction molecules based on the quantum mechanical calculation.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】[0046]

【表4】 [Table 4]

【0047】[0047]

【表5】 [Table 5]

【0048】[0048]

【表6】 [Table 6]

【0049】[0049]

【表7】 [Table 7]

【0050】[0050]

【表8】 [Table 8]

【0051】[0051]

【表9】 [Table 9]

【0052】[0052]

【表10】 [Table 10]

【0053】[0053]

【表11】 [Table 11]

【0054】[0054]

【表12】 [Table 12]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】金元素と第4周期元素の系の吸着エネルギーを
比較したグラフである。
FIG. 1 is a graph comparing the adsorption energies of a system of a gold element and a fourth period element.

【図2】金元素と第5周期元素の系の吸着エネルギーを
比較したグラフである。
FIG. 2 is a graph comparing the adsorption energies of a system of a gold element and a fifth period element.

【図3】金元素と第6周期元素の系の吸着エネルギーを
比較したグラフである。
FIG. 3 is a graph comparing the adsorption energies of a system of a gold element and a sixth period element.

【図4】金元素と第4周期元素の系の解離吸着エネルギ
ーを比較したグラフである。
FIG. 4 is a graph comparing the dissociation adsorption energies of a system of a gold element and a fourth period element.

【図5】金元素と第5周期元素の系の解離吸着エネルギ
ーを比較したグラフである。
FIG. 5 is a graph comparing dissociative adsorption energies of a system of a gold element and a fifth period element.

【図6】金元素と第6周期元素の系の解離吸着エネルギ
ーを比較したグラフである。
FIG. 6 is a graph comparing the dissociation adsorption energies of a system of a gold element and a sixth period element.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 23/89 F01N 3/08 A F01N 3/08 3/28 301P 3/28 301 B01D 53/36 102A 102B (72)発明者 高見 誠一 宮城県仙台市太白区八木山緑町16−14−15 Fターム(参考) 3G091 AB02 AB06 BA01 BA11 GB06W GB06Y GB07W GB07Y 4D048 AA06 BA18Y BA29Y BA32Y BA33Y BA34Y BA36Y BA37Y EA04 4G069 AA20 BC32A BC33A BC33B BC44B BC64B BC66B BC67B BC69A BC70B BC71B BC73B BC74B CA03 CA13 DA05──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B01J 23/89 F01N 3/08 A F01N 3/08 3/28 301P 3/28 301 B01D 53/36 102A 102B (72) Inventor Seiichi Takami 16-14-15 Midoricho, Yagiyama, Taihaku-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture F-term (reference) BC44B BC64B BC66B BC67B BC69A BC70B BC71B BC73B BC74B CA03 CA13 DA05

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主触媒元素と他の少なくとも1種の元素
を含むモデル触媒を決定する手段、前記モデル触媒の最
安定構造とその最安定構造の内部エネルギーを算出する
手段、前記モデル触媒により反応を促進させる反応分子
の内部エネルギーを算出する手段、前記反応分子と前記
モデル触媒との吸着構造を決定する手段、及び前記吸着
構造の最安定構造とその最安定構造の内部エネルギーを
算出する手段、を含む手段を用いて前記反応分子が前記
モデル触媒に吸着するときの吸着エネルギーを算出し、 前記反応により生成させる生成分子の構成原子及び/又
は構成原子集団と前記モデル触媒との吸着構造を決定す
る手段、及び前記吸着構造の最安定構造とその最安定構
造の内部エネルギーを算出する手段、を含む手段を用い
て前記構成原子及び/又は構成原子集団が前記モデル触
媒に吸着するときの吸着エネルギーを算出し、 得られた前記構成原子及び/又は構成原子集団の吸着エ
ネルギーと、前記生成分子の解離エネルギーを算出する
手段より、前記生成分子が前記構成原子及び/又は構成
原子集団に解離して前記モデル触媒に吸着するときの解
離吸着エネルギーを算出し、そして前記反応分子の吸着
エネルギーと前記生成分子の解離吸着エネルギーを比較
して最適触媒構造を予測することを特徴とする触媒構造
の設計方法。
A means for determining a model catalyst containing a main catalyst element and at least one other element; a means for calculating a most stable structure of the model catalyst and an internal energy of the most stable structure; Means for calculating the internal energy of the reaction molecule that promotes, means for determining the adsorption structure of the reaction molecule and the model catalyst, and means for calculating the most stable structure of the adsorption structure and the internal energy of the most stable structure, Calculating the adsorption energy when the reactive molecule is adsorbed on the model catalyst by using a means including: determining the adsorption structure between the model catalyst and the constituent atoms and / or a group of constituent atoms of the generated molecule generated by the reaction. And means for calculating the most stable structure of the adsorption structure and the internal energy of the most stable structure. And / or calculating the adsorption energy when the constituent atom group is adsorbed on the model catalyst, and calculating the obtained adsorption energy of the constituent atoms and / or the constituent atom group and the dissociation energy of the product molecule. Calculate the dissociation adsorption energy when the product molecule dissociates into the constituent atoms and / or the constituent atom group and adsorbs on the model catalyst, and compares the dissociation adsorption energy of the reaction molecule with the dissociation adsorption energy of the product molecule. A method for designing a catalyst structure, comprising predicting an optimum catalyst structure.
【請求項2】 前記反応分子と前記構成原子の吸着構造
が、前記主触媒元素の原子中心と他の1種の元素の原子
中心を結ぶ直線上であって、前記主触媒元素の側に吸着
される構造である請求項1に記載の方法。
2. The adsorption structure of the reactive molecule and the constituent atoms is on a straight line connecting the atomic center of the main catalytic element and the atomic center of another element, and adsorbs on the side of the main catalytic element. The method according to claim 1, wherein the structure is formed.
【請求項3】 前記主触媒元素が貴金属である請求項1
又は2に記載の方法。
3. The main catalyst element is a noble metal.
Or the method of 2.
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