Científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado un catalizador de baja temperatura para eliminar el gas NOx de los gases de escape industriales utilizando amoníaco. Compuesto de óxido de vanadio "defectuoso" a granel en lugar de óxidos de vanadio soportados sobre óxido de titanio como en los catalizadores comerciales, el catalizador trabaja a temperaturas más bajas ( <150 grados Celsius) con una eficiencia mucho mayor. El equipo demostró una clara mejora en el rendimiento, e identificó los mecanismos de reacción responsables de la diferencia.

Monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO ₂ ), o óxidos de nitrógeno (NO _X ), son contaminantes atmosféricos comunes creados por la quema de combustibles fósiles, carbón y gas natural. Son una de las principales causas del smog fotoquímico y la lluvia ácida. lo que hace que su eliminación de las emisiones de vehículos y fábricas sea extremadamente importante. Una tecnología clave para eliminar los óxidos de nitrógeno es su reacción con amoníaco mediante reducción catalítica selectiva (SCR), donde el NOx se vuelve inofensivo mediante la reducción a nitrógeno y agua. En particular, Se sabe que los óxidos de vanadio soportados sobre titania tienen una excelente selectividad para la conversión en nitrógeno. y se han aplicado con éxito a calderas estacionarias.

Sin embargo, un cuello de botella importante para los catalizadores soportados es la alta temperatura requerida para la actividad catalítica, a menudo de 200 a 400 grados Celsius. Esto a menudo da como resultado que las unidades se coloquen cerca, por ejemplo, la caldera en centrales eléctricas, donde pueden dañarse fácilmente no solo físicamente por las cenizas, sino por la acumulación de sulfatos de amonio. Estos factores de desactivación pueden evitarse si la unidad se coloca aguas abajo después de un precipitador electrostático para eliminar el polvo y un sistema de desulfatación para eliminar los depósitos de sulfato. Sin embargo, este enfoque requiere una alta actividad catalítica a temperaturas más bajas, ya que la temperatura de los gases de escape generalmente ha bajado a alrededor de 100 grados Celsius en este punto. Se necesita un catalizador que funcione a temperaturas más bajas.

Ahora, un equipo dirigido por Yusuke Inomata y Toru Murayama de la Universidad Metropolitana de Tokio ha desarrollado un catalizador basado en óxidos de vanadio a granel. Óxido de vanadio (V) (V ₂ O ₅ ) es un estado común de óxido de vanadio; Sin embargo, el equipo sintetizó con éxito una mezcla de óxidos de vanadio (V) y vanadio (IV), o óxido de vanadio "defectuoso", calentando un precursor a 270 grados Celsius. Descubrieron que este catalizador "defectuoso" tenía una excelente actividad catalítica a temperaturas de hasta 100 grados Celsius; a esta temperatura, la velocidad a la que el NOx se convierte en nitrógeno inocuo fue 10 veces más rápida que los catalizadores convencionales de óxido de vanadio con soporte de titania, mostrando un rendimiento excepcional donde los catalizadores convencionales se quedan cortos. La mejora se atribuyó a la presencia de V (IV) que crea sitios de "ácido de Lewis" (que aceptan electrones), promover la reacción de óxido de nitrógeno con amoníaco para convertirse en nitrógeno.

Más allá de la aplicación práctica a la catálisis industrial, el equipo espera que los mecanismos que han descubierto sirvan como sistema modelo para futuros estudios científicos.