JP5151069B2 - Method for predicting catalytic metal sintering of metal oxide, program thereof and recording medium thereof - Google Patents
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Description
本発明は、触媒金属が担持された金属酸化物における触媒金属のシンタリングを予測する金属酸化物の触媒金属シンタリングの予測方法、そのプログラム及びその記録媒体に関する。 The present invention relates to a method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide for predicting sintering of catalytic metal in a metal oxide carrying a catalytic metal, a program thereof, and a recording medium thereof.
白金等の触媒金属をアルミナ等の金属酸化物に担持した触媒は、排ガス浄化用触媒、水素の精製用触媒等に広く利用されている。しかし、このような触媒は、高温環境下で使用を継続するにつれて、触媒金属のシンタリング（凝集）が発生し、触媒性能が低下する問題がある。触媒金属シンタリングの発生は、触媒金属と金属酸化物担体との相互作用による影響が大きいため、金属酸化物担体の種類によっては、触媒金属シンタリングの発生を抑えることができる。 A catalyst in which a catalyst metal such as platinum is supported on a metal oxide such as alumina is widely used as an exhaust gas purification catalyst, a hydrogen purification catalyst, or the like. However, such a catalyst has a problem that, as it continues to be used in a high-temperature environment, sintering (aggregation) of the catalyst metal occurs and the catalyst performance deteriorates. The occurrence of catalytic metal sintering is greatly affected by the interaction between the catalytic metal and the metal oxide support, and therefore the occurrence of catalytic metal sintering can be suppressed depending on the type of the metal oxide support.
従来、触媒金属のシンタリングに関しては、種々の金属酸化物に触媒金属を担持させ、大量のサンプルを調整し、膨大な回数の実験を繰り返すことによりスクリーニングを行い、触媒金属のシンタリングを抑制する効果の大きい金属酸化物を決定していた。 Conventionally, with regard to sintering of catalytic metal, catalytic metal is supported on various metal oxides, a large number of samples are prepared, and screening is performed by repeating an enormous number of experiments to suppress catalytic metal sintering. A highly effective metal oxide was determined.
一方、最近では量子化学計算により、触媒等の材料の構造や物性などを予測し解析する方法が研究されている。 Recently, methods for predicting and analyzing the structure and physical properties of materials such as catalysts by quantum chemical calculations have been studied.
例えば、触媒金属シンタリングに関するものではないが、特許文献１の方法では、金属酸化物触媒における触媒表面の活性点の構造を単純化したクラスタモデルを構築し、量子化学計算により触媒表面における物性値を推算して金属酸化物触媒の活性を予測する方法が提案されている。 For example, although not related to catalytic metal sintering, in the method of Patent Document 1, a cluster model in which the structure of active sites on the catalyst surface in a metal oxide catalyst is simplified is constructed, and physical property values on the catalyst surface are determined by quantum chemical calculation. A method for estimating the activity of a metal oxide catalyst by estimating the above has been proposed.
また、例えば、特許文献２の方法では、触媒表面に反応成分を近づけた仮想モデルを決定し、量子化学計算により反応成分と触媒との結合強度を求め、高効率で最適な触媒構造を予測する方法が提案されている。 Further, for example, in the method of Patent Document 2, a virtual model in which a reaction component is brought close to the catalyst surface is determined, the bond strength between the reaction component and the catalyst is obtained by quantum chemical calculation, and an optimum catalyst structure is predicted with high efficiency. A method has been proposed.
上記の通り、従来のスクリーニングの手法では、多大な労力と費用に加え、長い期間が必要である。また、シンタリングの発生原因を明らかにするために、触媒の組成だけでなく触媒の立体規則性やシンタリング状態等までを含めた材料の構造制御及び解析をすることはこのようなスクリーニング手法だけでは困難である。 As described above, the conventional screening method requires a long period of time in addition to a great amount of labor and cost. In addition, in order to clarify the cause of sintering, it is only this screening method that performs structural control and analysis of materials including not only the catalyst composition but also the stereoregularity of the catalyst and the sintering state. It is difficult.
また、量子化学計算により、触媒等の材料の構造や物性等を予測して解析する手法は、予測したい物性等に基づいて量子化学計算を行うための計算モデル（クラスタモデル又は仮想モデル）を構築又は決定するため、特許文献１又は２の方法を用いても触媒金属のシンタリングを予測することは出来ない。 In addition, the method of predicting and analyzing the structure and physical properties of materials such as catalysts by quantum chemical calculations is to construct a calculation model (cluster model or virtual model) for performing quantum chemical calculations based on the physical properties desired to be predicted Alternatively, the sintering of the catalytic metal cannot be predicted even if the method of Patent Document 1 or 2 is used.
本発明は、金属酸化物の触媒金属シンタリングを短時間に、かつ正確に予測することができる金属酸化物の触媒金属シンタリングの予測方法を提供する。 The present invention provides a method for predicting catalytic metal sintering of metal oxide, which can accurately predict catalytic metal sintering of metal oxide in a short time.
本発明は、触媒金属が担持された金属酸化物における前記触媒金属のシンタリングを予測する金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法であって、前記金属酸化物の酸素原子と前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子とを用いて前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを構築するステップと、構築された前記計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップとを含み、求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測する。 The present invention relates to a method for predicting the catalytic metal sintering of a metal oxide for predicting the sintering of the catalytic metal in a metal oxide on which a catalytic metal is supported, wherein the oxygen atom of the metal oxide and the metal oxide A step of constructing a calculation model that simplifies the molecular structure of the metal oxide on which the catalyst metal is supported using the metal atoms M1 and M2 and the catalyst metal atom, and a quantum model using the constructed calculation model And calculating the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom, and predicting the catalytic metal sintering based on the obtained number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom.
また、前記金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法において、前記計算モデルにおける前記金属原子Ｍ１，Ｍ２及び前記触媒金属原子は、前記酸素原子を中心に前記酸素原子とそれぞれ一定の結合距離及び一定の結合角度で結合され、前記酸素原子、前記金属原子Ｍ１，Ｍ２、及び前記触媒金属原子は、電気的に中性となるように電荷を付与されていることが好ましい。 In the method for predicting catalytic metal sintering of the metal oxide, the metal atoms M1 and M2 and the catalytic metal atom in the calculation model may have a fixed bond distance and a fixed distance from the oxygen atom centered on the oxygen atom, respectively. It is preferable that the oxygen atoms, the metal atoms M1 and M2, and the catalyst metal atom are bonded at a bond angle and are charged so as to be electrically neutral.
また、前記金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法において、前記一定の結合距離は、前記酸素原子の原子半径と前記酸素原子と結合した前記金属原子Ｍ１，Ｍ２又は前記触媒金属原子の原子半径の和であり、前記結合角度は、１２０°であることが好ましい。 In the method for predicting catalytic metal sintering of the metal oxide, the constant bond distance may be an atomic radius of the oxygen atom and an atomic radius of the metal atom M1, M2 bonded to the oxygen atom or an atomic radius of the catalytic metal atom. Preferably, the bond angle is 120 °.
また、本発明は、触媒金属が担持された金属酸化物における前記触媒金属のシンタリングを予測する金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムであって、コンピュータに、前記金属酸化物の酸素原子と前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子とを用いて前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを構築するステップと、構築された前記計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップと、を実行させ、前記求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測する。 The present invention also relates to a metal oxide catalyst metal sintering prediction program for predicting the catalyst metal sintering in a metal oxide on which a catalyst metal is supported, the computer comprising an oxygen atom of the metal oxide and Constructing a calculation model that simplifies the molecular structure of the metal oxide on which the catalyst metal is supported using the metal atoms M1 and M2 of the metal oxide and the catalyst metal atom, and the calculated calculation model And calculating the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom by performing quantum chemical calculation, and predicting the catalytic metal sintering based on the obtained number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom.
また、前記金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムにおいて、前記計算モデルにおける前記金属原子Ｍ１，Ｍ２及び前記触媒金属原子は、前記酸素原子を中心に前記酸素原子とそれぞれ一定の結合距離及び一定の結合角度で結合され、前記酸素原子、前記金属原子Ｍ１，Ｍ２、及び前記触媒金属原子は、電気的に中性となるように電荷を付与されていることが好ましい。 Further, in the metal oxide catalytic metal sintering prediction program, the metal atoms M1, M2 and the catalytic metal atom in the calculation model are each of a constant bond distance and a constant with the oxygen atom centered on the oxygen atom. It is preferable that the oxygen atoms, the metal atoms M1 and M2, and the catalyst metal atom are bonded at a bond angle and are charged so as to be electrically neutral.
また、前記金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムにおいて、前記一定の結合距離は、前記酸素原子の原子半径と前記酸素原子と結合した前記金属原子Ｍ１，Ｍ２又は前記触媒金属原子の原子半径の和であり、前記結合角度は、１２０°であることが好ましい。 In the program for predicting catalytic metal sintering of the metal oxide, the fixed bond distance may be an atomic radius of the oxygen atom and an atomic radius of the metal atom M1, M2 bonded to the oxygen atom or an atomic radius of the catalytic metal atom. Preferably, the bond angle is 120 °.
また、本発明は、前記金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体とする。 The present invention also provides a computer-readable recording medium on which the metal oxide catalytic metal sintering prediction program is recorded.
本発明に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法では、前記金属酸化物の酸素原子と前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子とを用いて前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを構築する工程と、構築された計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求める工程とを含み、求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測することによって、金属酸化物の触媒金属のシンタリングを短期間でかつ正確に予測することができる。 In the method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to the present invention, the catalytic metal is supported using oxygen atoms of the metal oxide, metal atoms M1 and M2 of the metal oxide, and the catalytic metal atom. A step of constructing a calculation model in which the molecular structure of the metal oxide is simplified, and a step of performing quantum chemical calculation using the constructed calculation model to obtain the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom. By predicting the catalytic metal sintering based on the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom, the sintering of the catalytic metal of the metal oxide can be accurately predicted in a short period of time.
本発明の実施の形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明の実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリングの予測方法は、（ａ）金属酸化物の酸素原子Ｏと金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と触媒金属原子Ｃｔとを用いて触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを構築するステップと、（ｂ）構築された計算モデルを用いて、量子化学計算を行い酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を求めるステップとを含み、求めた酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数に基づいて触媒金属シンタリングを予測する。以下、各工程について説明する。 A method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to an embodiment of the present invention includes: (a) a catalyst using an oxygen atom O of a metal oxide, metal atoms M1 and M2 of the metal oxide, and a catalytic metal atom Ct. A step of constructing a calculation model that simplifies the molecular structure of the metal oxide on which the metal is supported; and (b) using the constructed calculation model, quantum chemical calculation is performed to determine the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O. And determining the catalytic metal sintering based on the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O thus obtained. Hereinafter, each step will be described.
＜（ａ）計算モデルを構築するステップ＞
本来、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）で設計図面を忠実に再現した骨格を用いた上で適切な要素に分割したモデルを用いるのと同様に、量子化学計算により材料物性等を厳密に予測する場合には、分子構造を精確に再現した計算モデルを用いる必要がある。しかし分子構造は肉眼では見えないものであり、かつ材料を構成する分子の数は膨大（６．０２×１０２３個／ｍｏｌ又はＦＥＭ要素数では１×１０５〜６程度）であるため、最速のスーパーコンピュータを用いても、これを計算することは現実的に不可能である。しかし、本実施形態において構築される計算モデルは、幾何学的知識等に基づいて分子構造に関する情報を組み合わせ、実験値を再現できる極力効率的な計算モデルである。
<(A) Step of constructing calculation model>
Originally, when using a skeleton that faithfully reproduces a design drawing by FEM (Finite Element Method) and using a model that is divided into appropriate elements, the physical properties of materials are strictly predicted by quantum chemical calculations. It is necessary to use a calculation model that accurately reproduces the molecular structure. However, the molecular structure is invisible to the naked eye, and the number of molecules constituting the material is enormous (6.02 × 10 23 molecules / mol or about 1 × 10 5 to 6 in terms of the number of FEM elements). It is practically impossible to calculate this even using a supercomputer. However, the calculation model constructed in the present embodiment is a calculation model that is as efficient as possible that combines information on molecular structure based on geometric knowledge and the like and can reproduce experimental values.
図１は、本発明の実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法において、触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを示す図である。図１に示すように、金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２及び触媒金属原子Ｃｔが、酸素原子Ｏを中心としてそれぞれ一定の結合距離ｄ（ｄ１〜ｄ３）及び一定の結合角Ｌで結合されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a calculation model in which the molecular structure of a metal oxide on which a catalytic metal is supported is simplified in the method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the metal atoms M1 and M2 and the catalyst metal atom Ct of the metal oxide are bonded with a fixed bond distance d (d1 to d3) and a fixed bond angle L around the oxygen atom O, respectively. Yes.
酸素原子Ｏを中心に配置することによって、後述する量子化学計算により酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を求める際に、ダングリングボンド、エッジ等の計算結果に対する影響が最も小さくなるため、量子化学計算の精度が保障される。 By placing the oxygen atom O at the center, the influence on the calculation results of dangling bonds, edges, etc. is minimized when the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O is obtained by quantum chemical calculation to be described later. Accuracy of calculation is guaranteed.
結合距離ｄは、酸素原子Ｏの原子半径と金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２との原子半径の和又は酸素原子Ｏの原子半径と触媒金属Ｃｔとの原子半径の和であるものがよい。ここで、原子半径でなく金属結合半径、ファン・デル・ワールス半径、共有結合半径、イオン半径等を用いてもよい。本実施形態では、原子半径を用いるが、これに限定されるものではない。例えば金属酸化物担体をＣｅＯ２とした場合、図１に示す結合距離ｄ１は、酸素原子Ｏと金属原子Ｃｅ（Ｍ１）との原子半径の和であり、また、結合距離ｄ２は、酸素原子Ｏと金属原子Ｃｅ（Ｍ２）との原子半径の和であり、図１に示す結合距離ｄ１，ｄ２は、それぞれ０．２４５ｎｍとなる。また、例えば金属酸化物に担持される触媒金属原子ＣｔをＰｔとした場合、結合距離ｄ３は、酸素原子Ｏと触媒金属Ｐｔとの原子半径の和であり、図１に示す結合距離ｄ３は、０．１９５ｎｍとなる。このように結合距離ｄを原子半径の和にすることにより、後述する量子化学計算を行う際に、軌道間の相互作用を現実的に考慮することができるため、量子化学計算の精度が向上する。 The bond distance d is preferably the sum of the atomic radius of the oxygen atom O and the atomic radius of the metal atoms M1 and M2 of the metal oxide or the sum of the atomic radius of the oxygen atom O and the catalytic metal Ct. Here, not an atomic radius but a metal bond radius, a van der Waals radius, a covalent bond radius, an ion radius, or the like may be used. In this embodiment, the atomic radius is used, but the present invention is not limited to this. For example, when the metal oxide support is CeO2, the bond distance d1 shown in FIG. 1 is the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the metal atom Ce (M1), and the bond distance d2 is This is the sum of atomic radii with the metal atom Ce (M2), and the bond distances d1 and d2 shown in FIG. 1 are each 0.245 nm. For example, when the catalytic metal atom Ct supported by the metal oxide is Pt, the bond distance d3 is the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the catalyst metal Pt, and the bond distance d3 shown in FIG. 0.195 nm. By making the bond distance d the sum of the atomic radii in this way, the interaction between orbits can be realistically taken into account when performing the quantum chemistry calculation described later, thereby improving the accuracy of the quantum chemistry calculation. .
結合角Ｌは、１２０°であるものがよい。図１に示すように、結合角Ｌを１２０°とした場合、酸素原子を中心として金属原子Ｍ１，Ｍ２及び触媒金属原子Ｃｔ各原子が均等に配置されることとなり、各原子はエネルギ的に平均して最も安定になるため、存在確率が最も高い系の電子状態を再現できるようになる。 The bond angle L is preferably 120 °. As shown in FIG. 1, when the bond angle L is 120 °, the metal atoms M1 and M2 and the catalyst metal atom Ct are uniformly arranged with the oxygen atom as the center, and each atom is average in terms of energy. Therefore, the electronic state of the system having the highest existence probability can be reproduced.
酸素原子Ｏ、金属原子Ｍ１，Ｍ２、及び触媒金属原子Ｃｔは、図１に示す計算モデルが電気的に中性となるように電荷を付与されることが好ましい。これによって、計算モデルの電場の影響を考慮して量子化学計算の精度を高めることができる。例えば、最も注目したい酸素原子Ｏを理論電荷の−２とし、金属原子Ｍ１，Ｍ２をそれぞれその酸素原子の電荷を打ち消すための平均電場である＋１とし、触媒金属原子Ｃｔのシンタリングの発生において、金属酸化物（酸素原子Ｏ及び金属原子Ｍ１，Ｍ２）との相互作用により触媒金属原子Ｃｔの電荷は変化し、それに伴い酸素原子Ｏ、金属原子Ｍ１，Ｍ２の電荷も変化するが、その相互作用による電荷の傾きが生じる前の状態として触媒金属原子Ｃｔを０とする。 It is preferable that the oxygen atom O, the metal atoms M1 and M2, and the catalyst metal atom Ct are charged so that the calculation model shown in FIG. 1 is electrically neutral. As a result, the accuracy of the quantum chemical calculation can be improved in consideration of the influence of the electric field of the calculation model. For example, the oxygen atom O to be most noticed is −2 of the theoretical charge, the metal atoms M1 and M2 are each +1 which is an average electric field for canceling the charge of the oxygen atom, and the generation of the sintering of the catalyst metal atom Ct, The charge of the catalytic metal atom Ct changes due to the interaction with the metal oxide (oxygen atom O and metal atoms M1, M2), and the charge of the oxygen atom O and metal atoms M1, M2 also changes accordingly. The catalyst metal atom Ct is set to 0 as the state before the charge gradient due to.
触媒金属原子Ｃｔの触媒種は、特に制限されるものではない。例えば、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等を適用することができる。 The catalyst species of the catalytic metal atom Ct is not particularly limited. For example, Pt, Rh, Pd, etc. can be applied.
金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２の金属種は、特に制限されるものではない。例えば、Ｃｅ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ等を適用することができる。これにより構築される計算モデルの一元系金属酸化物としては、例えば、ＣｅＯ２，ＴｉＯ２，ＭｇＯ，ＺｒＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，Ｆｅ２Ｏ３，及びＣｏ３Ｏ４等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。図２（イ）に、触媒金属を担持した一元系金属酸化物の計算モデルの一例を示す。触媒金属Ｐｔを担持した金属酸化物ＣｅＯ２を想定した場合、図２（イ）に示す計算モデルの触媒金属ＣｔはＰｔとなり、金属原子Ｍ１，Ｍ２はＣｅとなる。 The metal species of the metal atoms M1, M2 of the metal oxide are not particularly limited. For example, Ce, Ti, Mg, Zr, Al, Si, V, Cr, Fe, Co, etc. can be applied. The Thereby single-component metal oxides calculation model constructed, for example, CeO 2, TiO 2, MgO , ZrO 2, Al 2 O 3, SiO 2, V 2 O 5, Cr 2 O 3, Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 and the like, but are not limited thereto. FIG. 2 (a) shows an example of a calculation model of a unitary metal oxide carrying a catalyst metal. Assuming the metal oxide CeO 2 supporting the catalyst metal Pt, the catalyst metal Ct in the calculation model shown in FIG. 2 (a) is Pt, and the metal atoms M1 and M2 are Ce.
また、金属原子Ｍ１，Ｍ２には例えば、上記挙げた金属種のうち（それ以外の金属種でもよい）それぞれ異なる金属種を適用できる。したがって、一元系の金属酸化物だけでなく二元系の金属酸化物を想定して計算モデルを構築することができる。二元系金属酸化物としては、例えば、Ｃｅ−Ｚｒ系、Ｃｅ−Ｓｍ系、Ｔｉ−Ｓｎ系、Ｆｅ−Ｓｉ系等の金属酸化物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。図２（ロ）に、触媒金属を担持した二元系金属酸化物の計算モデルに適用した一例を示す。触媒金属Ｐｔを担持したＣｅ−Ｚｒ系金属酸化物を想定した場合、図２（ロ）に示す計算モデルの触媒金属ＣｔはＰｔとなり、金属原子Ｍ１，Ｍ２の一方はＣｅとなり、他方はＺｒとなる。 Further, for the metal atoms M1 and M2, for example, among the above-described metal species (other metal species may be used), different metal species can be applied. Therefore, it is possible to construct a calculation model assuming not only a single-component metal oxide but also a binary metal oxide. Examples of binary metal oxides include, but are not limited to, metal oxides such as Ce—Zr, Ce—Sm, Ti—Sn, and Fe—Si. FIG. 2B shows an example applied to a calculation model of a binary metal oxide supporting a catalyst metal. Assuming a Ce-Zr-based metal oxide supporting the catalyst metal Pt, the catalyst metal Ct in the calculation model shown in FIG. 2 (b) is Pt, one of the metal atoms M1, M2 is Ce, and the other is Zr. Become.
＜（ｂ）量子化学計算を行い酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップ＞
触媒金属のシンタリングは、高温環境下での使用によって触媒金属が金属酸化物担体表面上を移動し、局所的に異なる表面構造上で、エネルギ的に最も安定な位置に凝集するために発生すると考えられる。触媒金属のシンタリングは配置された触媒金属と金属酸化物担体との相互作用が大きく、触媒金属Ｃｔと酸素原子Ｏとが強固な結合を形成すれば、高温下における移動が起こりにくくなり、シンタリングが抑制されると考えられる。上記相互作用の大きさは、結合に直接的に影響する最外殻、さらには電子分布が球状で酸素原子近傍の原子との軌道の重なりが最も大きくなると考えられる酸素原子の２ｓ軌道が最も良く反映する。従って本実施形態では、上記構築された計算モデルを用いて、量子化学計算を行い酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めることで、触媒金属シンタリングを予測することができる。
<(B) Step of obtaining the number of electrons of 2s orbit of oxygen atom by performing quantum chemical calculation>
Sintering of the catalytic metal occurs when the catalytic metal moves on the surface of the metal oxide support due to use in a high temperature environment and agglomerates at the most stable position in terms of energy on locally different surface structures. Conceivable. In the sintering of the catalyst metal, the interaction between the arranged catalyst metal and the metal oxide support is large, and if the catalyst metal Ct and the oxygen atom O form a strong bond, the migration at high temperature is difficult to occur. It is thought that the ring is suppressed. The magnitude of the interaction is best at the outermost shell that directly affects the bond, and the 2s orbit of the oxygen atom, which is considered to have the largest overlap of the orbit with the atoms near the oxygen atom with a spherical electron distribution. reflect. Therefore, in the present embodiment, catalytic metal sintering can be predicted by performing quantum chemical calculation using the constructed calculation model and obtaining the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atoms.
量子化学計算には、分子軌道法、密度汎関数法等を使用することができ、そのどちらを使用しても良い。上記構築した計算モデルの結合距離ｄ（ｄ１，ｄ２，ｄ３）結合角Ｌ（１２０°）、電荷（例えば、酸素原子は−２、金属原子Ｍ１，Ｍ２はそれぞれ＋１、触媒金属Ｃｔは０）を分子軌道法又は密度汎関数法等に導入し、酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求める。 For the quantum chemical calculation, a molecular orbital method, a density functional method, or the like can be used, either of which may be used. The calculation model constructed above has a bond distance d (d1, d2, d3) bond angle L (120 °), charge (for example, oxygen atom is -2, metal atoms M1 and M2 are +1, and catalyst metal Ct is 0). Introduced into the molecular orbital method or density functional method, the number of electrons in the 2s orbital of the oxygen atom is obtained.
分子軌道法としては、市販されているＧａｕｓｓｉａｎ（ガウシアン社製）、ＧＡＭＥＳＳ（アイオワ州立大学Ｇｏｒｄｏｎ研究所）等の計算コードを使用することができ、また、密度汎関数法としは、市販されているＤ−ＭＯＬ３（Ａｃｃｅｌｒｙｓ社製）、ＣＡＳＴＥＰ（Ａｃｃｅｌｒｙｓ社製）、ＤＶ−Ｘα（京都大学足立研究所）等の計算コードを使用することができ、そのどれを使用しても良い。 As the molecular orbital method, commercially available calculation codes such as Gaussian (manufactured by Gaussian) and GAMESS (Gordon Laboratory, Iowa State University) can be used, and the density functional method is commercially available. Calculation codes such as D-MOL 3 (manufactured by Accelrys), CASTEP (manufactured by Accelrys), DV-Xα (Adachi Laboratory, Kyoto University) can be used, and any of them may be used.
上記計算コードを使用して量子化学計算により得られた酸素原子の２ｓ軌道の電子数から触媒金属シンタリングを予測することができる。具体的には、酸素原子の２ｓ軌道の電子数が多いものほど触媒金属と金属酸化物担体との相互作用が大きいことを表し、触媒金属シンタリングが発生しにくいこととなる。つまり酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数が多いほど、触媒金属が担持された金属酸化物によって、触媒金属シンタリングが抑制されていることを示している。 Using the above calculation code, catalytic metal sintering can be predicted from the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atoms obtained by quantum chemical calculation. Specifically, the larger the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atoms, the greater the interaction between the catalyst metal and the metal oxide carrier, and the more difficult the catalyst metal sintering occurs. That is, as the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atom O increases, catalytic metal sintering is suppressed by the metal oxide on which the catalytic metal is supported.
図３は、本実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法の一例を示すフロー図である。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to the present embodiment.
ステップＳ１０では、触媒金属シンタリングの相対的比較を行うためにスクリーニングしたい金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２及び金属触媒原子Ｃｔを選定する。例えば比較したい金属酸化物が、ＣｅＯ２、ＴｉＯ２である場合、Ｍ１，Ｍ２をそれぞれＣｅ，Ｔｉと選定する。また、例えば、各金属酸化物に担持される触媒金属原子ＣｔをＰｔと選定する。ステップＳ１２では、スクリーニングしたい各金属酸化物の酸素原子Ｏを中心にその酸素原子Ｏと触媒金属原子Ｃｔとの原子半径の和だけ離れた位置に触媒金属原子Ｃｔを配置（結合）させ、同様に酸素原子Ｏを中心に酸素原子Ｏと金属原子Ｍ１，Ｍ２との原子半径の和だけ離れた位置に金属原子Ｍ１，Ｍ２を配置（結合）させる。ステップＳ１４では、スクリーニングしたい各金属酸化物の酸素原子Ｏを中心として金属原子Ｍ１，Ｍ２及び触媒金属原子Ｃｔの結合角を１２０°に調整し、ステップＳ１６では、各原子に電荷（例えば、酸素原子Ｏ＝−２、金属原子Ｍ１，Ｍ２＝各＋１、触媒金属原子＝０）を与える。ステップＳ１０〜Ｓ１６によって、図１に示すような計算モデルが構築される（上記（ａ）計算モデルを構築するステップ）。ステップＳ１８では、構築された計算モデルを用いて量子化学計算（例えば、密度汎関数法のＤＶ−Ｘαを用いる）を行い、スクリーニングしたい各金属酸化物の酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を求める（上記（ｂ）量子化学計算を行い酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップ）。ステップＳ２０では、求めた各酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を相対的に比較し、各酸素原子Ｏの２Ｓ軌道の電子数が多いものほど触媒金属シンタリングの抑制効果の高い金属酸化物とする。 In step S10, the metal atoms M1 and M2 and the metal catalyst atom Ct of the metal oxide to be screened are selected in order to make a relative comparison of the catalyst metal sintering. For example, when the metal oxide to be compared is CeO 2 or TiO 2 , M1 and M2 are selected as Ce and Ti, respectively. Further, for example, the catalytic metal atom Ct supported on each metal oxide is selected as Pt. In step S12, the catalytic metal atom Ct is arranged (bonded) at a position separated by the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the catalytic metal atom Ct around the oxygen atom O of each metal oxide to be screened. Metal atoms M1 and M2 are arranged (coupled) at positions separated by the sum of the atomic radii of oxygen atom O and metal atoms M1 and M2 with oxygen atom O as the center. In step S14, the bond angle between the metal atoms M1 and M2 and the catalytic metal atom Ct is adjusted to 120 ° with the oxygen atom O of each metal oxide to be screened as the center, and in step S16, each atom is charged (for example, an oxygen atom). O = -2, metal atoms M1, M2 = each +1, catalyst metal atom = 0). Through steps S10 to S16, a calculation model as shown in FIG. 1 is built (step (a) step of building a calculation model). In step S18, quantum chemical calculation (for example, using DV-Xα of density functional method) is performed using the constructed calculation model, and the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atom O of each metal oxide to be screened is obtained. ((B) Step of obtaining the number of electrons of 2s orbit of oxygen atom by performing quantum chemical calculation). In step S20, the obtained number of electrons in the 2s orbit of each oxygen atom O is relatively compared, and the higher the number of electrons in the 2S orbit of each oxygen atom O, the higher the effect of suppressing catalytic metal sintering and the metal oxide. To do.
本発明の実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法は、ソフトウェアにより実施することも可能である。以下にそのプログラムの例を示す。 The method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to an embodiment of the present invention can also be implemented by software. An example of the program is shown below.
本発明の実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムは、コンピュータに、（ａ）前記金属酸化物の酸素原子と前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子とを用いて前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を単純化した計算モデルを構築するステップと、（ｂ）構築された計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップと、を実行させ、前記求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測するものである。 The program for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to an embodiment of the present invention includes: (a) an oxygen atom of the metal oxide, metal atoms M1 and M2 of the metal oxide, and the catalytic metal atom; And (b) using the constructed calculation model to perform a quantum chemical calculation to perform a 2s orbital of the oxygen atom. The step of obtaining the number of electrons is performed, and the catalytic metal sintering is predicted based on the obtained number of electrons of the 2s orbit of the oxygen atom.
また、上記説明したのと同様に、金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムにおいても、前記計算モデルにおける前記金属原子Ｍ１，Ｍ２及び前記触媒金属原子は、前記酸素原子を中心に前記酸素原子とそれぞれ一定の結合距離及び一定の結合角度で結合され、前記酸素原子、前記金属原子Ｍ１，Ｍ２、及び前記触媒金属原子は、電気的に中性となるように電荷を付与される。さらに上記同様に、前記一定の結合距離は、前記酸素原子の原子半径と前記酸素原子と結合した前記金属原子Ｍ１，Ｍ２又は前記触媒金属原子の原子半径の和であり、前記結合角度は、１２０°である。 In the same way as described above, in the catalytic metal sintering prediction program for metal oxides, the metal atoms M1, M2 and the catalytic metal atoms in the calculation model are the oxygen atoms centered on the oxygen atoms. The oxygen atoms, the metal atoms M1 and M2, and the catalyst metal atom are bonded with a fixed bond distance and a fixed bond angle, respectively, and are charged so as to be electrically neutral. Further, similarly to the above, the constant bond distance is the sum of the atomic radius of the oxygen atom and the atomic radius of the metal atom M1, M2 or the catalytic metal atom bonded to the oxygen atom, and the bond angle is 120 °.
本実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムは、触媒金属のシンタリングを予測するためにコンピュータを機能させるためのものであり、キーボード等の入力装置、各種データを記憶する記憶装置、量子化学計算を行う中央演算装置、結果を表示する表示装置、予測結果等を記録する記録装置等を備えるコンピュータ等のハードウェア上で実行されるものである。 The metal oxide catalyst metal sintering prediction program according to the present embodiment is for causing a computer to function in order to predict catalyst metal sintering, and includes an input device such as a keyboard and a storage device for storing various data. It is executed on hardware such as a computer including a central processing unit that performs quantum chemical calculations, a display device that displays results, a recording device that records prediction results, and the like.
また、コンピュータ等によって触媒金属シンタリングを予測する場合、金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラムを記録媒体に記憶するように実行させ、データ収集すれば、今後のデータ蓄積に役立てることができる。 In addition, when predicting catalytic metal sintering by a computer or the like, if a program for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide is executed so as to be stored in a recording medium and data is collected, it can be used for future data accumulation.
以上、本実施形態に係る金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法により、排ガス浄化用触媒等の触媒のシンタリング予測を行うことができる。また数多くの金属酸化物のうち、シンタリング抑制に効果が大きいとされた金属酸化物のみに対して検証実験のみを実施すればよいため、従来のような大量のサンプル調整、膨大な回数の実験を行うことなく、コスト及び時間の両面で効率性が大幅に向上する。 As described above, the prediction of sintering of a catalyst such as an exhaust gas purifying catalyst can be performed by the catalytic metal sintering prediction method of a metal oxide according to the present embodiment. In addition, among many metal oxides, it is only necessary to conduct verification experiments on only those metal oxides that are considered to be effective in suppressing sintering. The efficiency is greatly improved in terms of both cost and time without performing the process.
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely, the present invention is not limited to the following examples.
（実施例）
＜各種金属酸化物の触媒金属シンタリングの予測＞
スクリーニングしたい金属酸化物をＭｇＯ，ＡｌＯ３，ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２とし、担持される触媒金属をＰｔとした。図３のフロー図に従い、スクリーニングしたい金属酸化物の金属Ｍ１，Ｍ２はそれぞれＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，及びＣｅと、触媒金属ＣｔはＰｔと選定した（Ｓ１０）。次に、酸素原子Ｏと触媒金属Ｐｔとの原子半径の和は、０．１９５ｎｍであるため、金属触媒酸素原子Ｏを中心に酸素原子Ｏと触媒金属Ｐｔとの原子半径の和だけ離れた位置に触媒金属Ｐｔを配置させ、酸素原子ＯとＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，及びＣｅとの原子半径の和は、それぞれ０．２１ｎｍ，０．１８５ｎｍ，０．１７ｎｍ，０．２ｎｍ，０．２１５ｎｍ，０．２４５ｎｍであるため、酸素原子Ｏを中心として酸素原子Ｏと金属Ｍ１，Ｍ２（Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｃｅ）との原子半径の和だけ離れた位置に金属Ｍ１，Ｍ２を配置した（Ｓ１２）。次に、酸素原子Ｏを中心として金属Ｍ１，Ｍ２及び触媒金属Ｐｔの結合角を１２０°に調整し（Ｓ１４）、酸素原子Ｏに−２、金属Ｍ１，Ｍ２に各＋１、触媒金属Ｐｔに０の電荷を与え（Ｓ１６）、計算モデルを構築した。構築した計算モデルを用いて密度汎関数のＤＶ−Ｘαによる量子化学計算を行い、量子化学計算によってスクリーニングしたい各金属酸化物の酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を求めた（Ｓ１８）。求めた各酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を相対的に比較した（Ｓ２０）。その結果を図４に示す。ここで、酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数が多いものほど触媒金属のシンタリングの発生が少ないと予測される。つまり酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数が多いほど、触媒金属シンタリングの抑制効果の高い金属酸化物である。
(Example)
<Prediction of catalytic metal sintering of various metal oxides>
The metal oxide to be screened was MgO, AlO 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , and the supported catalyst metal was Pt. According to the flowchart of FIG. 3, the metals M1 and M2 of the metal oxide to be screened were selected as Mg, Al, Si, Ti, Zr, and Ce, respectively, and the catalyst metal Ct was selected as Pt (S10). Next, since the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the catalyst metal Pt is 0.195 nm, the position is separated from the metal catalyst oxygen atom O by the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the catalyst metal Pt. The catalyst metal Pt is arranged on the surface, and the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and Mg, Al, Si, Ti, Zr, and Ce is 0.21 nm, 0.185 nm, 0.17 nm, 0.2 nm, and 0, respectively. .215 nm and 0.245 nm, the metal M1 is located at a position separated by the sum of the atomic radii of the oxygen atom O and the metals M1, M2 (Mg, Al, Si, Ti, Zr, Ce) with the oxygen atom O as the center. , M2 are arranged (S12). Next, the bond angle between the metal M1, M2 and the catalyst metal Pt is adjusted to 120 ° centering on the oxygen atom O (S14), -2 for the oxygen atom O, +1 for each of the metals M1, M2, and 0 for the catalyst metal Pt. (S16), and a calculation model was constructed. Using the constructed calculation model, quantum chemical calculation was performed by DV-Xα of density functional, and the number of electrons in the 2s orbit of oxygen atom O of each metal oxide to be screened was determined by quantum chemical calculation (S18). The obtained number of electrons of 2s orbit of each oxygen atom O was relatively compared (S20). The result is shown in FIG. Here, as the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O is larger, the occurrence of sintering of the catalytic metal is predicted to be less. That is, the more the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O, the higher the effect of suppressing catalytic metal sintering.
（比較例）
＜各種金属酸化物の触媒金属シンタリングの実測＞
実測においては、（ａ）試料の調整（触媒金属を各種金属酸化物に担持）、（ｂ）触媒金属シンタリングを発生させるための耐久性試験、（ｃ）耐久性試験前後の触媒金属の粒子径評価、を行った。
(Comparative example)
<Measurement of catalytic metal sintering of various metal oxides>
In actual measurement, (a) sample preparation (catalyst metal supported on various metal oxides), (b) durability test for generating catalyst metal sintering, (c) catalyst metal particles before and after durability test The diameter was evaluated.
＜（ａ）試料の調整＞
市販品の金属酸化物に触媒金属であるＰｔを総重量に対して２重量％となるように混合し、５００℃で焼成して金属酸化物にＰｔを担持させた。市販品の金属酸化物は、ＭｇＯ，ＡｌＯ３，ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２である。
<(A) Preparation of sample>
Pt which is a catalyst metal was mixed with a commercially available metal oxide so as to be 2% by weight with respect to the total weight, and was fired at 500 ° C. to support Pt on the metal oxide. Commercially available metal oxides are MgO, AlO 3 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , and CeO 2 .
＜（ｂ）耐久性試験＞
上記調整した試料を８００℃で５時間、空気中で加熱した。
<(B) Durability test>
The prepared sample was heated in air at 800 ° C. for 5 hours.
＜（ｃ）耐久性試験前後の触媒金属の粒子径評価＞
金属酸化物に担持されている触媒金属Ｐｔの粒子径は、ＣＯパルス法により行った。ＣＯパルス法の測定条件は、４００℃で１５分、Ｏ２前処理を行い、その後４００℃で１５分、Ｈ２前処理を行った後、−８０℃でＣＯを触媒金属Ｐｔにパルス吸着させた。ＣＯ吸着量をＴＣＤ（高感度熱伝導率検出器）で検出し、吸着比ＣＯ：Ｐｔ＝１：１として、ＣＯ吸着量からＰｔ粒子径を算出した。図５に耐久性試験前後の触媒金属粒子径の評価結果を示す。
<(C) Evaluation of particle diameter of catalyst metal before and after durability test>
The particle diameter of the catalytic metal Pt supported on the metal oxide was measured by a CO pulse method. The measurement conditions of the CO pulse method are: O 2 pretreatment at 400 ° C. for 15 minutes, and then H 2 pretreatment at 400 ° C. for 15 minutes, and then pulse adsorption of CO onto the catalyst metal Pt at −80 ° C. It was. The amount of CO adsorption was detected by TCD (high sensitivity thermal conductivity detector), and the adsorption ratio CO: Pt = 1: 1 was used to calculate the Pt particle diameter from the amount of CO adsorption. FIG. 5 shows the evaluation results of the catalyst metal particle diameter before and after the durability test.
図４に示したように、酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数の大きさは、ＣｅＯ２＞ＴｉＯ２＞ＭｇＯ＞ＺｒＯ２＞ＡｌＯ３＞ＳｉＯ２の金属酸化物の順であった。酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数が大きいものほど、金属酸化物に担持されている触媒金属のシンタリング発生が小さいことを意味しているから、上記の順番は、そのまま触媒金属のシンタリング抑制効果の高い金属酸化物であると予測できる。一方、図５に示す実測した耐久性試験前後の触媒金属粒子径から、各種金属酸化物の触媒金属の粒子径比率（耐久性試験後の触媒金属粒子径／耐久性試験前触媒金属粒子径）を求めると、ＣｅＯ２＞ＴｉＯ２＞ＭｇＯ＞ＺｒＯ２＞ＡｌＯ３＞ＳｉＯ２の順に大きくなっていた。触媒金属の粒子径比率が小さいほど触媒金属シンタリング発生が小さいものであるから、予測した結果と実測した結果とにおいて非常に高い相関関係が得られた。 As shown in FIG. 4, the number of electrons in the 2s orbital of the oxygen atom O was in the order of the metal oxide of CeO 2 > TiO 2 >MgO> ZrO 2 > AlO 3 > SiO 2 . The larger the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom O, the smaller the occurrence of sintering of the catalyst metal supported on the metal oxide. Therefore, the order described above suppresses sintering of the catalyst metal as it is. It can be predicted that this is a highly effective metal oxide. On the other hand, the catalyst metal particle diameter ratio of various metal oxides from the measured catalyst metal particle diameter before and after the actually measured durability test shown in FIG. 5 (catalyst metal particle diameter after durability test / catalyst metal particle diameter before durability test). Was found to increase in the order of CeO 2 > TiO 2 >MgO> ZrO 2 > AlO 3 > SiO 2 . The smaller the catalyst metal particle size ratio, the smaller the occurrence of catalytic metal sintering. Therefore, a very high correlation was obtained between the predicted results and the actually measured results.
このように、短時間に実測値と良好な相関を示すシンタリングの予測を行うことができた。 Thus, it was possible to predict sintering that shows a good correlation with the actual measurement value in a short time.
Claims (5)
前記金属酸化物の酸素原子を中心に前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子を配置した前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を表す計算モデルを構築するステップと、
構築された前記計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップと、を含み、
求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測することを特徴とする金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法。 A catalyst metal sintering prediction method of a metal oxide for predicting sintering of the catalyst metal in a metal oxide on which a catalyst metal is supported,
Constructing a calculation model representing a molecular structure of a metal oxide on which the catalyst metal is supported, in which the metal atoms M1, M2 of the metal oxide and the catalyst metal atom are arranged around the oxygen atom of the metal oxide; ,
Performing a quantum chemical calculation using the constructed calculation model to determine the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom,
A method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide, wherein the catalytic metal sintering is predicted based on the obtained number of electrons of 2s orbit of oxygen atoms.
前記一定の結合距離は、前記酸素原子の原子半径と前記酸素原子と結合した前記金属原子Ｍ１，Ｍ２又は前記触媒金属原子の原子半径の和であり、前記結合角度は、１２０°であることを特徴とする金属酸化物の触媒金属シンタリング予測方法。 2. The method for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to claim 1, wherein the metal atoms M <b> 1 and M <b> 2 and the catalytic metal atom in the calculation model are each a fixed bond with the oxygen atom around the oxygen atom. The oxygen atoms, the metal atoms M1 and M2, and the catalytic metal atoms are bonded at a distance and a fixed bond angle, and are charged so as to be electrically neutral;
The fixed bond distance is a sum of an atomic radius of the oxygen atom and an atomic radius of the metal atom M1, M2 or the catalytic metal atom bonded to the oxygen atom, and the bond angle is 120 °. A method for predicting catalytic metal sintering of metal oxides.
コンピュータに、
前記金属酸化物の酸素原子を中心に前記金属酸化物の金属原子Ｍ１，Ｍ２と前記触媒金属原子を配置した前記触媒金属が担持された金属酸化物の分子構造を表す計算モデルを構築するステップと、
構築された前記計算モデルを用いて、量子化学計算を行い前記酸素原子の２ｓ軌道の電子数を求めるステップと、を実行させ、
前記求めた酸素原子の２ｓ軌道の電子数に基づいて前記触媒金属シンタリングを予測することを特徴とする金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラム。 A catalyst metal sintering prediction program for a metal oxide for predicting sintering of the catalyst metal in a metal oxide on which a catalyst metal is supported,
On the computer,
Constructing a calculation model representing a molecular structure of a metal oxide on which the catalyst metal is supported, in which the metal atoms M1, M2 of the metal oxide and the catalyst metal atom are arranged around the oxygen atom of the metal oxide; ,
Performing a quantum chemical calculation using the constructed calculation model to determine the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom,
A catalytic metal sintering prediction program for a metal oxide, wherein the catalytic metal sintering is predicted based on the number of electrons in the 2s orbit of the oxygen atom obtained.
前記一定の結合距離は、前記酸素原子の原子半径と前記酸素原子と結合した前記金属原子Ｍ１，Ｍ２又は前記触媒金属原子の原子半径の和であり、前記結合角度は、１２０°であることを特徴とする金属酸化物の触媒金属シンタリング予測プログラム。 4. The program for predicting catalytic metal sintering of a metal oxide according to claim 3, wherein the metal atoms M <b> 1 and M <b> 2 and the catalytic metal atom in the calculation model are each a fixed bond with the oxygen atom around the oxygen atom. The oxygen atoms, the metal atoms M1 and M2, and the catalytic metal atoms are bonded at a distance and a fixed bond angle, and are charged so as to be electrically neutral;
The fixed bond distance is a sum of an atomic radius of the oxygen atom and an atomic radius of the metal atom M1, M2 or the catalytic metal atom bonded to the oxygen atom, and the bond angle is 120 °. Feature metal oxide catalytic metal sintering prediction program.
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