Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat en lågtemperaturkatalysator för att avlägsna NOx-gas från industriellt avgaser med ammoniak. Består av bulk "defekt" vanadinoxid istället för vanadinoxider uppburen på titanoxid som i kommersiella katalysatorer, katalysatorn fungerar vid lägre temperaturer ( <150 grader Celsius) med mycket högre effektivitet. Teamet visade en tydlig förbättring av prestanda, och identifierade reaktionsmekanismerna som är ansvariga för skillnaden.

Kvävemonoxid (NO) och kvävedioxid (NO ₂ ), eller kväveoxider (NO _x ), är vanliga atmosfäriska föroreningar som skapas genom förbränning av fossila bränslen, kol och naturgas. De är en viktig orsak till fotokemisk smog och surt regn, vilket gör deras avlägsnande från fordon och fabriksutsläpp extremt viktigt. En viktig teknik för att avlägsna kväveoxider är deras reaktion med ammoniak via selektiv katalytisk reduktion (SCR), när NOx görs ofarligt genom reduktion till kväve och vatten. Särskilt, vanadinoxider som stöds på titania är kända för att ha utmärkt selektivitet för omvandling till kväve, och har framgångsrikt applicerats på stationära pannor.

Dock, en betydande flaskhals för uppburna katalysatorer är den höga temperaturen som krävs för katalytisk aktivitet, ofta 200 till 400 grader Celsius. Detta resulterar ofta i att enheter placeras nära t.ex. pannan i kraftverk, där de lätt kan skadas inte bara fysiskt av aska, men genom ackumulering av ammoniumsulfater. Dessa avaktiverande faktorer kan undvikas om enheten placeras nedströms efter en elektrostatisk fällare för avlägsnande av damm och ett avsulfateringssystem för att avlägsna sulfatavlagringar. Dock, detta tillvägagångssätt kräver hög katalytisk aktivitet vid lägre temperaturer, eftersom avgasens temperatur i allmänhet har sjunkit till cirka 100 grader Celsius vid denna tidpunkt. En katalysator behövs som fungerar vid lägre temperaturer.

Nu, ett team som leds av Yusuke Inomata och Toru Murayama från Tokyo Metropolitan University har utvecklat en katalysator baserad på vanadinoxider i bulk. Vanadium (V) oxid (V ₂ O ₅ ) är ett vanligt tillstånd av vanadinoxid; laget syntetiserade dock framgångsrikt en blandning av vanadin (V) och vanadin (IV) oxider, eller "defekt" vanadiumoxid, genom att värma en prekursor till 270 grader Celsius. De fann att denna "defekta" katalysator hade utmärkt katalytisk aktivitet vid temperaturer ner till 100 grader Celsius; vid denna temperatur, den hastighet med vilken NOx omvandlas till ofarligt kväve var 10 gånger snabbare än konventionella titandioxidbaserade vanadinoxidkatalysatorer, visar exceptionell prestanda där konventionella katalysatorer saknar brist. Förbättringen hänfördes till närvaron av V (IV) som skapar "Lewis-syra" (elektronacceptabla) platser, främja reaktionen mellan kväveoxid och ammoniak för att bli kväve.

Utöver praktisk tillämpning på industriell katalys, teamet hoppas att de mekanismer de har avslöjat fungerar som ett modellsystem för ytterligare vetenskapliga studier.