特開 2023-153518 触媒の探索方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023153518

(43)【公開日】2023-10-18

(54)【発明の名称】触媒の探索方法

(51)【国際特許分類】

   B01J 23/20 20060101AFI20231011BHJP

   B01J 23/30 20060101ALI20231011BHJP

   G16C 60/00 20190101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

B01J23/20 A

B01J23/30 A

G16C60/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022062838

(22)【出願日】2022-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000130259

【氏名又は名称】株式会社コベルコ科研

(74)【代理人】

【識別番号】100159499

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 義典

(74)【代理人】

【識別番号】100120329

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 一規

(74)【代理人】

【識別番号】100159581

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 勝誠

(74)【代理人】

【識別番号】100106264

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 耕治

(74)【代理人】

【識別番号】100199808

【弁理士】

【氏名又は名称】川端 昌代

(74)【代理人】

【識別番号】100139354

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 昌子

(74)【代理人】

【識別番号】100208708

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 健志

(74)【代理人】

【識別番号】100215371

【弁理士】

【氏名又は名称】古茂田 道夫

(74)【代理人】

【識別番号】230116643

【弁護士】

【氏名又は名称】田中 厳輝

(72)【発明者】

【氏名】高岸 洋一

(72)【発明者】

【氏名】大川 哲也

【テーマコード（参考）】

4G169

【Ｆターム（参考）】

4G169AA03

4G169AA15

4G169BA01B

4G169BB02A

4G169BB02B

4G169BC23B

4G169BC26B

4G169BC55B

4G169BC60B

4G169CA03

4G169CA08

4G169CA13

4G169DA06

4G169EA04Y

4G169EB18Y

4G169EC14Y

4G169EC27

4G169ED10

(57)【要約】

【課題】本発明は、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索可能な触媒の探索方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る触媒の探索方法は、特定の化学反応に対する活性化エネルギーを低減させる２元素合金からなる触媒の探索方法であって、複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析する解析工程と、上記各２元素合金を構成する２つの元素の材料基礎物性値を説明変数とし、上記解析工程で解析された活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する予測モデル構築工程と、上記予測モデルを用いて上記活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する逆解析工程と、上記逆解析工程で得られた材料基礎物性値を元に、実在の２つの元素を選択する２元素選択工程とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

特定の化学反応に対する活性化エネルギーを低減させる２元素合金からなる触媒の探索方法であって、
複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析する解析工程と、
上記各２元素合金を構成する２つの元素の材料基礎物性値を説明変数とし、上記解析工程で解析された活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する予測モデル構築工程と、
上記予測モデルを用いて上記活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する逆解析工程と、
上記逆解析工程で得られた材料基礎物性値を元に、実在の２つの元素を選択する２元素選択工程と
を備える触媒の探索方法。

【請求項2】

上記解析工程で、２元素合金として、Ｘ個のホスト原子とＹ個のゲスト原子から構成される原子クラスタ（Ｘ、Ｙは、１０≧Ｘ≧Ｙの自然数）を仮定する請求項１に記載の触媒の探索方法。

【請求項3】

上記原子クラスタが、Ｘ＝３かつＹ＝１の４原子クラスタである請求項２に記載の触媒の探索方法。

【請求項4】

上記２元素選択工程で、複数の２元素合金が選択され、
選択された上記複数の２元素合金の活性化エネルギーを検証する検証工程をさらに備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の触媒の探索方法。

【請求項5】

上記化学反応の反応速度が、吸着反応律速である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の触媒の探索方法。

【請求項6】

上記化学反応が、ガスの還元反応である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の触媒の探索方法。

【請求項7】

上記ガスが、酸化窒素（ＮＯｘ）である請求項６に記載の触媒の探索方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒の探索方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車のエンジンから排出されるガス中の酸化窒素（ＮＯｘ）は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などを主成分とする触媒を用いて分解され、Ｎ_２として大気中に放出されている。これらの触媒はいずれも希少金属であり、高い価格や資源の枯渇が懸念される。このため、新たな触媒、特に２元素合金からなる触媒の開発が注目されている。

【0003】

２元素合金からなる触媒の探索は、一般に実績のある材料をベースに２つの元素を選択し、試作評価を繰り返す試行錯誤により行われてきたが、近年では、第一原理計算に基づく合金元素の触媒活性評価も利用されている（非特許文献１）。

【0004】

上記触媒活性評価では、触媒の合金種を特定すると、ある化学反応に対してその触媒を用いた際の活性化エネルギーを算出することができる。この活性化エネルギーが低減されれば、触媒として有効であることが分かる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｍａｃｈｉｎｅ－ｌｅａｒｎｉｎｇ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄ－ｂａｎｄ ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｂｉｍｅｔａｌｓ、 Ｉｃｈｉｇａｋｕ Ｔａｋｉｇａｗａ、Ｋｅｎ－ｉｃｈｉ Ｓｈｉｍｉｚｕ、ａｎｄ Ｓａｔｏｒｕ Ｔａｋａｋｕｓａｇｉ、 Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃ． Ｃｈｅｍ． Ａｄｖ．、 ６、５２５８７－５２５９５（２０１６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記触媒活性評価を用いることで、実際に試作評価を繰り返すより効率は向上するものの、依然として元素を特定するための試行錯誤を必要とする。２元素の組み合わせは膨大に存在し、計算負荷も大きいため、最も特性の良い元素の組み合わせを探索することは困難である。

【0007】

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索可能な触媒の探索方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る触媒の探索方法は、特定の化学反応に対する活性化エネルギーを低減させる２元素合金からなる触媒の探索方法であって、複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析する解析工程と、上記各２元素合金を構成する２つの元素の材料基礎物性値を説明変数とし、上記解析工程で解析された活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する予測モデル構築工程と、上記予測モデルを用いて上記活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する逆解析工程と、上記逆解析工程で得られた材料基礎物性値を元に、実在の２つの元素を選択する２元素選択工程とを備える。

【0009】

当該触媒の探索方法では、複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析した後、得られた結果に基づき活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する。当該触媒の探索方法では、上記予測モデルを用いて活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する逆解析を行い、活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値に近い実在の２つの元素を選択することで、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索することができる。

【0010】

上記解析工程で、２元素合金として、Ｘ個のホスト原子とＹ個のゲスト原子から構成される原子クラスタ（Ｘ、Ｙは、１０≧Ｘ≧Ｙの自然数）を仮定するとよい。このように上記解析工程で、原子クラスタを仮定して計算することで、計算規模を大幅に削減できる。これにより計算時間の増大を抑止しつつ、上記解析工程で解析する２元素合金の種類を増やすことができるので、予測モデル構築工程で構築される予測モデルの予測精度を高めることができる。

【0011】

上記原子クラスタが、Ｘ＝３かつＹ＝１の４原子クラスタであるとよい。上記解析工程で、２元素合金として、３個のホスト原子と１個のゲスト原子から構成される４原子クラスタを仮定することで、解析精度の低下を抑止しつつ、計算規模をさらに削減できる。

【0012】

上記２元素選択工程で、複数の２元素合金が選択され、選択された上記複数の２元素合金の活性化エネルギーを検証する検証工程をさらに備えるとよい。このように２元素合金の活性化エネルギーを検証する検証工程をさらに備えることで、選択された２元素合金の妥当性を検証するとともに、複数の２元素合金を選択する場合において、特性の良い元素の組み合わせをより確実に選択することができる。

【0013】

上記化学反応の反応速度が、吸着反応律速であるとよい。当該触媒の探索方法は、化学反応の反応速度が吸着反応律速である場合に、特に好適に機能する。

【0014】

上記化学反応が、ガスの還元反応であるとよい。当該触媒の探索方法は、ガスの還元反応に対して特に好適に機能する。

【0015】

上記ガスが、酸化窒素（ＮＯｘ）であるとよい。当該触媒の探索方法を用いることで、例えば代替触媒が必要とされている自動車のエンジンから排出されるガスに含まれる酸化窒素（ＮＯｘ）を分解する触媒を効率的に探索することができる。

【0016】

ここで、「２元素合金」には、２つの元素のみで構成される合金に加え、不可避的不純物として他の元素を含有するもの、あるいは例えば２元素合金を安定化する等の目的のために２元素合金の特性を損なわない範囲で加えられる他の元素を含有するものを含むものとする。なお、上記他の元素の含有質量は、２元素合金を構成する２つの元素の含有質量の和に対し、０．０５倍以下、好ましくは０．０３倍以下である。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように、本発明の触媒の探索方法は、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る触媒の探索方法を示すフロー図である。

【図2】図２は、図１の解析工程で用いられる原子クラスタを説明するための模式図である。

【図3】図３は、実施例における回帰特性を示すグラフである。

【図4】図４は、実施例の触媒反応性評価に使用した試験装置の構成を示す模式図である。

【図5】図５は、実施例における触媒のＮＯ分解率を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態に係る触媒の探索方法について図面を参照しつつ説明する。

【0020】

本発明の一実施形態に係る触媒の探索方法は、特定の化学反応に対する活性化エネルギーを低減させる２元素合金からなる触媒の探索方法である。

【0021】

＜化学反応＞
上記化学反応としては、触媒が有効に機能する化学反応であれば特に限定されず、酸化・還元反応や腐食反応など種々の現象に応用することができる。

【0022】

上記化学反応の反応速度が、吸着反応律速であることが好ましい。当該触媒の探索方法は、化学反応の反応速度が吸着反応律速である場合に、特に好適に機能する。裏を返すと、上記化学反応の反応速度が、輸送律速でないことが好ましい。

【0023】

また、上記化学反応が、ガスの還元反応であるとよい。当該触媒の探索方法は、ガスの還元反応に対して特に好適に機能する。中でも上記ガスが酸化窒素（ＮＯｘ）であるとよい。一酸化窒素（ＮＯ）を代表例に説明すると、ＮＯは以下の過程で分解されると言われている。
（１）ＮＯの触媒表面への吸着
（２）ＮＯ→Ｎ＋Ｏ
（３）ＮＯ＋Ｎ→Ｎ_２Ｏ
（４）Ｎ_２Ｏ→Ｎ_２＋Ｏ
（５）Ｎ＋Ｎ→Ｎ_２
つまり、（１）ＮＯが触媒表面に吸着し、（２）Ｎ原子とＯ原子とに分解される。分解されたＮ原子は、（３）ＮＯと反応した（４）Ｎ_２Ｏを経て、又は（５）Ｎ原子同士が反応して、Ｎ_２に還元される。この反応において、律速段階は（２）の吸着反応であるから、触媒の効果が現れ易い。従って、当該触媒の探索方法を用いることで、例えば代替触媒が必要とされている自動車のエンジンから排出されるガスに含まれる酸化窒素（ＮＯｘ）を分解する触媒を効率的に探索することができる。

【0024】

当該触媒の探索方法は、図１に示すように、解析工程Ｓ１と、予測モデル構築工程Ｓ２と、逆解析工程Ｓ３と、２元素選択工程Ｓ４と、検証工程Ｓ５とを備える。

【0025】

＜解析工程＞
解析工程Ｓ１では、複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析する。

【0026】

２元素合金は、２つの元素からなる合金であり、２つの元素を特定すると決定される。この２つの元素の選び方は膨大に存在し得る。解析工程Ｓ１では、その中から複数の２元素合金を選択し、それぞれの活性化エネルギーを解析する。

【0027】

解析する２元素合金の個数の下限としては、１００が好ましく、１５０がより好ましい。一方、解析する２元素合金の個数の上限としては、５００が好ましく、３００がより好ましい。解析する２元素合金の個数が上記下限未満であると、後述する予測モデル構築工程Ｓ２において、十分な予測精度を確保できないおそれがある。逆に、解析する２元素合金の個数が上記上限を超えると、解析時間に比し予測精度の向上効果が飽和傾向となる。

【0028】

２つの元素の選択方法としては、種々の元素が含まれるように選ぶとよく、特にイオン化ポテンシャルが偏らないように選択するとよい。すなわち、イオン化ポテンシャルの小さいもの同士、大きいもの同士、小さいものと大きいものとの組み合わせが適度に選択され、かつ選択される元素の種類が多く含まれるとよい。

【0029】

第一原理計算は、公知の計算手法であり、例えば非特許文献１に記載の方法を用いることができる。

【0030】

一般には、担体上に数百原子で構成される原子クラスタを用いて解析がなされるが、当該触媒の探索方法では、２元素合金として、Ｘ個のホスト原子とＹ個のゲスト原子から構成される原子クラスタ（Ｘ、Ｙは、１０≧Ｘ≧Ｙの自然数）を仮定する。中でも２元素合金として、図２に示すように、担体Ｘ上に配置された３個のホスト原子１１と１個のゲスト原子１２から構成される４原子クラスタ１（四面体構造）を仮定するとよいことを本発明者らは知得している。当該触媒の探索方法では、解析工程Ｓ１では必ずしも高精度の活性化エネルギー値を必要とはしない。予測モデル構築工程Ｓ２で、材料基礎物性値に対する相関が維持できる程度の精度があれば実用に耐え得る。本発明者らは、４原子程度までクラスタの原子数を下げても、実用に耐え得ることを見出し、４原子モデルによる解析を確立した。そして、解析工程Ｓ１で、４原子クラスタ１を仮定して計算することで、計算規模を大幅に削減できる。これにより計算時間の増大を抑止しつつ、解析工程Ｓ１で解析する２元素合金の種類を増やすことができるので、むしろ予測モデル構築工程Ｓ２で構築される予測モデルの予測精度を高めることができる。

【0031】

４原子クラスタ１を用いて第一原理計算を行う場合は、例えばＤＦＴ（Ｄｅｎｓｉｔｉｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）に基づいた電子状態計算を行い、活性化エネルギーは始状態及び終状態からベル－エバンス－ボランニー則により推定することができる。

【0032】

４原子クラスタ１を用いる場合、２つの元素のいずれをホスト原子１１とするかにより解析結果が異なり得る。ホスト原子１１とゲスト原子１２とを入れ替えた結果については、それぞれ独立した結果として扱われる。

【0033】

＜予測モデル構築工程＞
予測モデル構築工程Ｓ２では、上記各２元素合金を構成する２つの元素の材料基礎物性値を説明変数とし、上記解析工程で解析された活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する。

【0034】

上記材料基礎物性には、各元素の原子単体としての物性値と、結晶としての物性値の両方を含めるとよい。前者の例として、族、周期、イオン化ポテンシャル、電気陰性度などが挙げられ、後者の例として格子定数、融解エンタルピー、密度、ウィグナーザイツセルなどが挙げられる。中でも、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、融解エンタルピー、密度が含まれていることが好ましい。

【0035】

上記予測モデルとして、回帰モデルを構築するとよい。上記回帰モデルとしては、Ｅｌａｓｔｉｃ ｎｅｔ、ランダムフォレスト、サポートベクター、人工ニューラルネットワーク（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＡＮＮ）などを挙げることができる。中でも回帰特性のよいＡＮＮが好ましい。つまり、上記予測モデルは機械学習に基づいて構築されるとよい。

【0036】

＜逆解析工程＞
逆解析工程Ｓ３では、上記予測モデルを用いて上記活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する。

【0037】

活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値の探索には、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法、ベイズ最適化法などを用いることができるが、中でもベイズ最適化法が好ましい。特に機械学習により回帰モデルを構築した場合、そのモデル自体の中身はブラックボックスである。ベイズ最適化法は、このようなブラックボックス最適化に好適な探索方法である。

【0038】

なお、材料基礎物性でも活性化エネルギーに対する影響がない、もしくは低いものは、その値は特定されず、任意の値でよいことになる。

【0039】

＜２元素選択工程＞
２元素選択工程Ｓ４では、逆解析工程Ｓ３で得られた材料基礎物性値を元に、実在の２つの元素を選択する。

【0040】

この２元素選択工程Ｓ４では、類似度評価を行い、逆解析工程Ｓ３で得られた材料基礎物性値に類似する２つの元素、すなわち特定の２元素合金を選択することとなる。上記類似度評価としては、ユークリッド距離とコサイン類似度を使用した方法などを挙げることができる。

【0041】

この２元素選択工程Ｓ４で選ばれる２つの元素の材料基礎物性値は、逆解析工程Ｓ３で得られた材料基礎物性値と正確に一致するとは限らない。また、選択された２つの元素で合金が作れないという場合も想定される。このため、２元素選択工程Ｓ４では、複数の２元素合金が選択される。

【0042】

２元素合金の選択数の下限としては、１０が好ましく、１５がより好ましい。一方、２元素合金の選択数の上限としては、５０が好ましく、３５がより好ましい。２元素合金の選択数が上記下限未満であると、検証工程Ｓ５を経た結果、候補となる２元素合金が存在しなくなるおそれがある。逆に、２元素合金の選択数が上記上限を超えると、検証工程Ｓ５に時間がかかり過ぎるおそれがある。

【0043】

また、解析工程Ｓ１で４原子クラスタを仮定して計算している場合においては、ホスト原子１１の種類が３種類以上７種類以下、選択されたホスト原子１１に対してゲスト原子１２が３種類以上７種類以下となるように選択するとよい。なお、ゲスト原子１２の種類数は、選ばれたホスト原子１１ごとに異なってもよい。

【0044】

検証工程Ｓ５では、選択された上記複数の２元素合金の活性化エネルギーを検証する。このように２元素合金の活性化エネルギーを検証する検証工程Ｓ５をさらに備えることで、選択された２元素合金の妥当性を検証するとともに、複数の２元素合金を選択する場合において、特性の良い元素の組み合わせをより確実に選択することができる。

【0045】

検証工程Ｓ５では、活性化エネルギーそのものを測定して行う方法のほか、活性化エネルギーの指標となる他のパラメータを用いて行う方法を採用してもよい。例えばＮＯの場合、ＮＯ分解率を用いて検証することができる。

【0046】

検証工程Ｓ５では、まず選択された２元素合金が実際に作ることができるか否かが検討される。実際に作ることができない合金は、この段階で選択から除外される。この検討は、化学的見地から行ってもよいし、実際に作製して判断してもよい。

【0047】

作ることのできる２元素合金は、実際に２元素合金を作成して、対象の化学反応について活性化エネルギーを実測するとよい。実測することで、複数の２元素合金の中から、好適な２元素合金を確実に選び出すことができる。

【0048】

第一原理計算を利用して計算により活性化エネルギーを算出してもよい。計算により算出する場合は、実測する場合に比べて２元素合金を選び出すまでの時間を節約できる。このときの計算は、４原子クラスタ１を用いて行ってもよいが、担体Ｘ上に数百原子で構成される原子クラスタを用いて行う従来の解析手法を用いてもよい。４原子クラスタ１を用いる場合は、短時間で選び出すことができる。一方、従来の解析手法を用いる場合は、計算精度が高いため、より正確に選び出すことができる。

【0049】

＜利点＞
当該触媒の探索方法では、複数の２元素合金に対し、第一原理計算により各２元素合金の上記活性化エネルギーを解析した後、得られた結果に基づき活性化エネルギーを目的変数とする予測モデルを構築する。当該触媒の探索方法では、上記予測モデルを用いて活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出する逆解析を行い、活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値に近い実在の２つの元素を選択することで、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索することができる。

【0050】

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0051】

上記実施形態では、検証工程を備える場合を説明したが、検証工程は省略可能である。２元素選択工程で選ばれた２元素合金を、検証工程を経ることなくそのまま触媒として使用することを妨げるものではない。

【0052】

上記実施形態では、２元素選択工程で、複数の２元素合金が選択される場合を説明したが、１つの２元素合金が選択される場合も本発明の意図するところである。この場合、検証工程は省略してもよい。一方、検証工程を行う場合は、選択された２元素合金の活性化エネルギーが予測された所望の値と同等であるかを検証するとよい。

【実施例0053】

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0054】

一酸化窒素（ＮＯ）の直接還元触媒を対象に本発明の効果を実証した。

【0055】

２元素合金として、周期表の３族から７族（ＭｇからＮｄまで）の４３種（２元素合金としては１８４９通りの組み合わせ）を対象とし、約２６０の組み合わせを選択した。なお、安定してＮＯを吸着できない組み合わせについては対象外とした。

【0056】

（解析工程）
ＮＯの触媒粒子への吸着及びＮＯの解離に着目して、上記２６０の組み合わせの活性化エネルギーを解析した。具体的には、ＤＦＴ（Ｄｅｎｓｉｔｉｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）に基づいた電子状態計算を行い、活性化エネルギーは始状態及び終状態からベル－エバンス－ボランニー則により推定した。その際、担体にはジルコニアＺｒＯ_２の（１１１）面を用いた。

【0057】

（予測モデル構築工程）
各元素の材料基礎物性値を与え、その２元素合金を触媒とした場合のＮＯ分子を還元する際の活性化エネルギーを予測する回帰モデル（予測モデル）を、ＡＮＮを用いて構築した。上記材料基礎物性としては、電気陰性度、イオン化ポテンシャル、融解エンタルピー及び密度を用いた。

【0058】

予測モデルの妥当性を検証するため、解析したデータは、予め教師データと検証データとに７：３で分割し、教師データについてはｋ－ｆｏｌｄ法による公差検証を行った。結果を図３に示す。教師データ及び検証データともにＲ^２値で０．９を超える良好な特性を示した。

【0059】

（逆解析工程）
次に、上記予測モデルを用いて活性化エネルギーを最小化する材料基礎物性値を算出した。逆解析には、ベイズ最適化法を採用した。その結果、電子供与性の高い元素が候補となり得ることが分かった。

【0060】

（２元素選択工程）
例として一方の原子がＮｂである場合に着目し、活性化エネルギーを整理すると、活性化エネルギーが最も小さいものがＮｂＷ、最も高いものがＮｂＳｂ、その中間がＮｂＧｅという結果となった。なお、活性化エネルギーが小さいほど触媒として有効である。

【0061】

（検証工程）
上記２元素選択工程で候補となったＮｂ系の合金を対象に、実際に触媒を試作し、ＮＯ分解率を測定した。

【0062】

まず、活性アルミナ（球状φ２ｍｍ、平均細孔径４８オングストローム）を担体とし、Ｎｂ化合物の水溶液を含浸担持した後、１１５℃で乾燥した。このＮｂを担持した活性アルミナにＳｂ化合物の水溶液を含浸担持し、１１５℃で乾燥した。空気流通下で６００℃、３時間の焼成を行った後、空気を流通させたまま冷却した。このようにしてＮｂＳｂ触媒を作製した。

【0063】

同様の手法でＮｂＷ触媒及びＮｂＧｅ触媒を作製した。

【0064】

試作した触媒は、図４に示す試験装置２を用いて評価した。試験装置２は、ＮＯボンベ２１と、Ｎ_２ボンベ２２と、反応管２３と、ガス分析機２４とを備える。

【0065】

触媒２５は、反応管２３内に設けられた一対の金網２３ａ間に充填される。反応管２３には、触媒２５の温度を測定可能な熱電対２３ｂが設けられている。

【0066】

ＮＯボンベ２１及びＮ_２ボンベ２２の下流には、それぞれ気体の供給圧力を調整する減圧弁２６と、流量を調整するマスフローコントローラ２７とが設けられている。減圧弁２６及びマスフローコントローラ２７で圧力及び流量が調整されたＮＯガス及びＮ_２ガスは、混合されて反応管２３に供給される。この試験では、Ｎ_２ガスを６００℃に昇温した後、ＮＯ濃度が１０００ｐｐｍとなるように調整して反応管２３に供給した。

【0067】

触媒を経たＮＯガスの濃度をガス分析機２４により測定した。結果を図５に示す。ＮＯ分解率は、予測通りにＮｂＷ＞ＮｂＧｅ＞ＮｂＳｂとなっていることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明の触媒の探索方法は、特性の良い元素の組み合わせを効率的に探索可能である。

【符号の説明】

【0069】

１ ４原子クラスタ
１１ ホスト原子
１２ ゲスト原子
２ 試験装置
２１ ＮＯボンベ
２２ Ｎ_２ボンベ
２３ 反応管
２３ａ 金網
２３ｂ 熱電対
２４ ガス分析機
２５ 触媒
２６ 減圧弁
２７ マスフローコントローラ
Ｘ 担体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】