Theoretical study of cellobiose conversion by supported metal catalysts

担持金属触媒によるセロビオース変換の理論的研究

中田 悠人; 佐々木 岳彦*; Thomsen, B.  ; 志賀 基之   

Nakata, Yuto; Sasaki, Takehiko*; Thomsen, B.; Shiga, Motoyuki

密度汎関数理論とメタダイナミクスシミュレーションを用いて、シリカ担持白金触媒およびパラジウム触媒を用いた熱水中でのセロビオース加水分解とグルコース水素化反応を研究した。その結果、セロビオースの加水分解は、金属に吸着した水素原子またはシリカに流出したプロトンの攻撃によって進行し、グルコースを形成することがわかった。グルコースは、白金/水界面に吸着した水素原子によって水素化され、ソルビトールを形成する。白金/水界面における加水分解と水素化の反応障壁は、いずれもパラジウム/水界面における反応障壁よりも低い。このことは、白金がパラジウムよりも優れた触媒として機能するという実験結果を説明する。

Using density functional theory and metadynamics simulations, we study cellobiose hydrolysis and glucose hydrogenation with silica-supported platinum and palladium catalysts in hot water, relevant to green cellulose conversion. It is found that cellobiose hydrolysis can proceed by the attack of hydrogen atoms adsorbed on metal or protons spilled over to silica forming glucose. Glucose can then be hydrogenated by hydrogen atoms adsorbed at platinum/water interface forming sorbitol. The reaction barriers of hydrolysis and hydrogenation at platinum/water interface are both lower than that at palladium/water interface, which explains the experimental finding that the platinum performs as a better catalyst than palladium.