(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
請求項１記載の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、
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
請求項３記載の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、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、
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。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−７１２９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３７００３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
＜（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【実施例】
【００４２】
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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
＜（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。
【００４６】
＜（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。
【００４７】
＜（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】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２】触媒金属を担持した一元系及び二元系金属酸化物の計算モデルの一例を示す図である。
【図３】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。
【図４】実施例における各酸素原子Ｏの２ｓ軌道の電子数を相対比較した結果を示す図である。
【図５】比較例における耐久性試験前後の触媒金属粒子径の評価結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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