JPH08988A - Chemical reaction control method - Google Patents

Chemical reaction control method

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JPH08988A
JPH08988A JP6134090A JP13409094A JPH08988A JP H08988 A JPH08988 A JP H08988A JP 6134090 A JP6134090 A JP 6134090A JP 13409094 A JP13409094 A JP 13409094A JP H08988 A JPH08988 A JP H08988A
Authority
JP
Japan
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metal
chemical reaction
charge distribution
control method
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP6134090A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Ogawa
晋 小川
Shinichi Ichikawa
伸一 市川
Petetsuku Harubuoe
ハルヴォエ・ペテック
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 従来の触媒を利用した化学反応制御法を改良
する新規な方法の提供。 【構成】 担体上に担持された金属クラスタないしは担
体表面の電子状態を変化させることにより、分子の吸着
状態を変化させ、化学反応性を制御すること。具体的に
は担体3および金属クラスタ2で構成される表面と、表
面付近に設置される金属電極1から構成される。
(57) [Summary] (Modified) [Objective] To provide a novel method for improving the conventional chemical reaction control method using a catalyst. [Structure] A chemical reactivity is controlled by changing an adsorption state of a molecule by changing an electronic state of a metal cluster supported on the support or a surface of the support. Specifically, it is composed of a surface composed of the carrier 3 and the metal cluster 2, and a metal electrode 1 installed near the surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、従来の触媒を利用した
化学反応制御法を改良する新規な方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel method for improving a chemical reaction control method using a conventional catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の典型的な工業用触媒は、アルミナ
等の酸化物からなる担体に一種類以上の活性金属クラス
タが担持されている担持金属触媒であり、担体や活性金
属成分等の様々な組合せから、選択性や反応活性のより
高い触媒が探索され調製されている。これらの触媒にお
いては、一旦調製された後は、その性能は一定ないしは
時間と共に劣化していき、反応中にその性能を制御でき
るものではなかった。また、MOS型半導体など金属電
極により電界を印加することにより電流を制御し、電子
回路を構成することは従来知られているが、電界を印加
することにより分子の反応性を制御することへの応用は
従来行われていない。
2. Description of the Related Art A typical conventional industrial catalyst is a supported metal catalyst in which one or more kinds of active metal clusters are supported on a carrier made of an oxide such as alumina. From such combinations, catalysts with higher selectivity and higher reaction activity have been searched for and prepared. The performance of these catalysts, once prepared, is constant or deteriorates with time, and the performance cannot be controlled during the reaction. Further, it is conventionally known that an electric circuit is controlled by applying an electric field with a metal electrode such as a MOS type semiconductor to form an electronic circuit. However, it is known to control the reactivity of molecules by applying an electric field. It has not been applied in the past.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、活
性金属クラスタや担体表面の電荷分布を、触媒調製後、
部分的に微妙に変化させることにより、より高選択性で
高活性な反応システムを提供する。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In the present invention, the charge distribution on the surface of an active metal cluster or a carrier is determined by
Partially subtly changing provides a reaction system with higher selectivity and higher activity.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、活性金
属クラスタないしは担体の表面の電子状態を、表面外部
ないしは表面内部から電界を印加することにより、ない
しは表面に作られた電極から直接電荷を出し入れするこ
とにより微妙に制御し、反応の活性や選択性を制御する
ことが可能である。ここで、金属電極の数は一個以上で
あり、それぞれの電極は必ずしも同電位である必要はな
い。また、それぞれの電極が電荷を変化させる対象とな
る金属クラスタの大きさ及び種類は異なっても良い。ま
たクラスタないし担体の表面の電子状態の制御の方法と
しては電界を印加する以外に、磁界の印加、あるいは光
照射による一時的な励起状態を形成することによっても
可能である。金属クラスタに電荷を出し入れする場合、
その担体は絶縁体ないしは半導体が好ましい。金属クラ
スタの種類および大きさは任意であるが、その表面にス
テップやキンク構造の多い10nm以下の小さなクラス
タが好ましい。
According to the present invention, the electronic state of the surface of an active metal cluster or carrier is changed by applying an electric field from outside or inside the surface, or directly from an electrode formed on the surface. It is possible to control the activity and selectivity of the reaction delicately by putting in and out. Here, the number of metal electrodes is one or more, and each electrode does not necessarily have the same potential. In addition, the size and type of the metal cluster whose respective electrodes change the charge may be different. Further, as a method of controlling the electronic state of the surface of the cluster or the carrier, it is possible to apply a magnetic field or to form a temporary excited state by light irradiation, in addition to applying an electric field. When transferring charges to and from metal clusters,
The carrier is preferably an insulator or a semiconductor. The type and size of the metal cluster are arbitrary, but small clusters of 10 nm or less with many steps or kink structures on the surface are preferable.

【0005】[0005]

【作用】活性金属クラスタないしは担体の表面における
電荷を増加ないしは減少させることにより、あるいは磁
場ないしは光照射を行なうことにより、電子の最高被占
準位のエネルギを変化させ、吸着分子への電荷移動量を
制御し分子の解離吸着等の吸着状態を変化させることが
出来る。分子の吸着状態を制御した結果、その反応活性
や反応生成物の選択性を上げることが出来る。すなわ
ち、原理的には、担体に担持された金属クラスタに対し
て、外部電界磁界の印加、電荷の注入、ないしは光照射
を部分的に行うことにより、金属クラスタの実質的な仕
事関数(電子の最高被占準位のエネルギレベル)を変化
させ、活性点を増減させることができる。このことによ
り反応の活性や選択性を変化させることができる。
The energy of the highest occupied level of electrons is changed by increasing or decreasing the charge on the surface of the active metal cluster or carrier, or by irradiating a magnetic field or light to change the amount of charge transfer to the adsorbed molecule. Can be controlled to change the adsorption state such as dissociative adsorption of molecules. As a result of controlling the adsorption state of molecules, the reaction activity and the selectivity of reaction products can be increased. That is, in principle, by applying an external electric field / magnetic field, injecting charges, or partially irradiating light to the metal cluster supported on the carrier, the substantial work function (electron The active point can be increased or decreased by changing the energy level of the highest occupied level. This can change the activity or selectivity of the reaction.

【0006】[0006]

【実施例】【Example】

実施例1 図1に示すように、担体アルミナ1の表面に蒸着法によ
りPdクラスタ2を形成した。蒸着量が5×1014atom
s/cm2の時、直径〜2nmのPdクラスタが形成され
ていることが確認された。この試料に金属電極3を近づ
け電界を印加した。担体アルミナの裏側には金属電極4
があり、電界は金属電極1と4の間に生じる。金属電極
3の電位を変化させることにより、試料表面に正または
負の電気双極子が誘起された。
Example 1 As shown in FIG. 1, Pd clusters 2 were formed on the surface of carrier alumina 1 by vapor deposition. Deposition amount is 5 × 10 14 atom
At s / cm 2 , it was confirmed that Pd clusters having a diameter of ˜2 nm were formed. The metal electrode 3 was brought close to this sample and an electric field was applied. Metal electrode 4 on the back side of the carrier alumina
And an electric field is created between the metal electrodes 1 and 4. By changing the potential of the metal electrode 3, a positive or negative electric dipole was induced on the sample surface.

【0007】図2はこの電界を消滅させた後の誘起双極
子の緩和過程を示している。この試料にCOのガスをさ
らしたとき、試料表面が負になっている場合に分子の解
離が起こり、正の場合は分子として吸着していることが
表面の仕事関数ないしは電位の変化として観測された。
この様子を図3に示す。
FIG. 2 shows the relaxation process of the induced dipole after extinguishing this electric field. When CO gas is exposed to this sample, molecular dissociation occurs when the sample surface is negative, and when the sample surface is positive, it is observed that it is adsorbed as a molecule as a change in surface work function or potential. It was
This state is shown in FIG.

【0008】試料表面を電子ビ−ム及びアルゴンイオン
で正負に一様に帯電させた時、CO分子の解離は少なく
とも負電荷密度0.1〜1×109electrons/cm2
範囲で起こり、分子状吸着は少なくとも正電荷密度0.
1〜1×109electrons/cm2の範囲で起こることが
確認された。COガスの圧力が高いほど解離の速度は速
かった。その他、この試料にNO,SO2,CO2のガス
をさらした時にも、試料表面が負になっている場合に分
子の解離が起こり、正の場合は分子として吸着した。C
Oのガスと同時にH2ガスを流すと、試料表面が負にな
っている場合に解離したCとH2が反応することでCH4
が生成し、正の場合は分子状に吸着したCOとH2が反
応しCH3OHが生成した。
When the sample surface is uniformly charged positively and negatively with an electron beam and argon ions, the dissociation of CO molecules occurs at least in the range of negative charge density of 0.1 to 1 × 10 9 electrons / cm 2 , Molecular adsorption is at least positive charge density 0.
It was confirmed that this occurs in the range of 1 to 1 × 10 9 electrons / cm 2 . The higher the CO gas pressure, the faster the dissociation rate. In addition, even when this sample was exposed to NO, SO 2 , and CO 2 gas, dissociation of molecules occurred when the sample surface was negative, and when the sample surface was positive, it was adsorbed as molecules. C
When H 2 gas is caused to flow at the same time as the O gas, the dissociated C reacts with H 2 when the sample surface is negative, so that CH 4
Was generated, and in the case of a positive value, molecularly adsorbed CO and H 2 reacted to generate CH 3 OH.

【0009】実施例2 図4に示すように、担体アルミナ1の表面に、リソグラ
フィ−法により金属電極3、3’を形成し更に蒸着法に
よりPdクラスタを形成した。金属電極の電位を変化さ
せることにより、電極の周囲の試料表面が正または負に
帯電した。この試料をそれぞれCO,NO,SO2,C
2のガスにさらした時、実施例1と同様、試料表面が
負になっている場合に分子の解離が起こり、正の場合は
分子として吸着した。COのガスと同時にH2ガスを流
すと、試料表面が負になっている場合にCH4が生成
し、正の場合はCH3OHが生成した。
Example 2 As shown in FIG. 4, metal electrodes 3 and 3'were formed on the surface of carrier alumina 1 by a lithographic method, and Pd clusters were further formed by a vapor deposition method. By changing the potential of the metal electrode, the sample surface around the electrode was positively or negatively charged. This sample is used for CO, NO, SO 2 , C
When exposed to O 2 gas, dissociation of molecules occurred when the sample surface was negative, and when the sample surface was positive, it was adsorbed as molecules, as in Example 1. When H 2 gas was flowed at the same time as CO gas, CH 4 was produced when the sample surface was negative, and CH 3 OH was produced when it was positive.

【0010】実施例3 図5に示すように、まず、リソグラフィ−法により複数
の金属(Al)電極3、3’を形成した表面を酸化させ
ることにより絶縁皮膜を形成した。この表面上に、蒸着
法によりPdクラスタ−を形成した。複数の金属電極の
電位をそれぞれ変化させることにより、外部電極5と金
属電極3、3’との間に電界が生じ、試料表面に正また
は負の双極子が誘起された。この試料をそれぞれCO,
NO,SO2,CO2のガスにさらした時、試料表面が負
になっている場所では分子の解離が起こり、正になって
いる場所では分子として吸着した。COのガスと同時に
2ガスを流すと、試料表面が負になっている場所では
CH4が生成し、正になっている場所ではCH3OHが生
成した。
Example 3 As shown in FIG. 5, first, an insulating film was formed by oxidizing the surface on which a plurality of metal (Al) electrodes 3, 3 ′ were formed by a lithography method. Pd clusters were formed on this surface by vapor deposition. By changing the potentials of the plurality of metal electrodes, an electric field was generated between the external electrode 5 and the metal electrodes 3, 3 ', and a positive or negative dipole was induced on the sample surface. This sample is CO,
When exposed to NO, SO 2 and CO 2 gases, dissociation of molecules occurred in the place where the sample surface was negative, and was adsorbed as molecules in the place where it was positive. When H 2 gas was caused to flow at the same time as CO gas, CH 4 was produced at a place where the sample surface was negative and CH 3 OH was produced at a place where the sample surface was positive.

【0011】[0011]

【発明の効果】本発明によれば、活性金属クラスタや担
体表面の電子状態を、触媒調製後、部分的に微妙に変化
させることにより、より高選択性で高活性な反応システ
ムを提供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a reaction system having higher selectivity and higher activity by partially and subtly changing the electronic states of the active metal clusters and the carrier surface after the catalyst preparation. You can

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

【図1】実施例1における試料表面と電極の斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view of a sample surface and electrodes in Example 1.

【図2】実施例1における、電界を印加したときに誘起
された双極子の緩和の様子である。
FIG. 2 is a state of relaxation of dipoles induced when an electric field is applied in Example 1.

【図3】実施例1における、表面が正または負の時のC
O分子の吸着による表面電位の変化である。
FIG. 3 shows C in Example 1 when the surface is positive or negative.
This is a change in surface potential due to adsorption of O molecules.

【図4】実施例2における試料表面と電極の斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a sample surface and electrodes in Example 2.

【図5】実施例3における試料表面と電極の斜視図であ
る。
5 is a perspective view of a sample surface and electrodes in Example 3. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…担体、2…金属クラスタ、3…金属電極、3’…金
属電極、4…金属電極、5…金属電極。
1 ... Carrier, 2 ... Metal cluster, 3 ... Metal electrode, 3 '... Metal electrode, 4 ... Metal electrode, 5 ... Metal electrode.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体表面上に担持された金属クラスタない
しは金属薄膜の電荷分布、ないしは担持固体表面におけ
る電荷分布を変化させることにより化学反応を制御する
ことを特徴とする化学反応制御方法。
1. A chemical reaction control method comprising controlling a chemical reaction by changing the charge distribution of a metal cluster or a metal thin film supported on a solid surface or the charge distribution on a supported solid surface.
【請求項2】金属クラスタ表面の電荷分布ないしは担持
固体表面における電荷分布を、固体内部ないしは固体外
部にある一個以上の金属電極により電場を印加するこ
と、ないしは固体表面にある一個以上の金属電極により
直接電子を出し入れすることにより制御することを特徴
とする請求項1記載の化学反応制御方法。
2. An electric field is applied to the charge distribution on the surface of the metal cluster or the charge distribution on the surface of the supported solid by applying one or more metal electrodes inside or outside the solid, or by using one or more metal electrodes on the surface of the solid. The chemical reaction control method according to claim 1, wherein the control is performed by directly taking in and out electrons.
【請求項3】金属クラスタ表面の電荷分布ないしは担持
固体表面における電荷分布を、外部から磁場を印加する
ことにより変化させることを特徴とする請求項1記載の
化学反応制御方法。
3. The chemical reaction control method according to claim 1, wherein the charge distribution on the surface of the metal cluster or the charge distribution on the surface of the supported solid is changed by applying a magnetic field from the outside.
【請求項4】金属クラスタ表面の電荷分布ないしは担持
固体表面における電荷分布を、外部から光を照射するこ
とにより変化させることを特徴とする請求項1記載の化
学反応制御方法。
4. The method for controlling a chemical reaction according to claim 1, wherein the charge distribution on the surface of the metal cluster or the charge distribution on the surface of the supported solid is changed by irradiating light from the outside.
JP6134090A 1994-06-16 1994-06-16 Chemical reaction control method Pending JPH08988A (en)

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