新催化剂可在较低温度下去除氮氧化物污染物

东京城市大学的科学家已经开发出一种低温催化剂，用于使用氨从工业废气中去除NOx气体。由块状的“有缺陷的”钒氧化物代替负载在商用催化剂中的二氧化钛负载的钒氧化物组成，该催化剂在较低的温度(<150摄氏度)下以更高的效率工作。该团队表现出明显的性能提升，并确定了造成这种差异的反应机制。

一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO 2)或氮氧化物(NO x)是燃烧化石燃料，煤和天然气而产生的常见大气污染物。它们是光化学烟雾和酸雨的主要原因，这使其从车辆和工厂排放中清除极为重要。除去氮氧化物的一项关键技术是通过选择性催化还原(SCR)与氨反应，而通过还原成氮和水使NOx变得无害。特别地，已知负载在二氧化钛上的钒氧化物具有极好的选择性转化为氮，并已成功地应用于固定式锅炉。

然而，负载型催化剂的显着瓶颈是催化活性所需的高温，通常为200至400摄氏度。这通常导致将设备放置在靠近发电厂的锅炉的位置，在这些设备中，不仅容易被灰烬物理损坏，而且很容易被硫酸铵的积累损坏。如果将装置放置在静电除尘器和除尘系统以去除硫酸盐沉积物之后，将其置于下游，则可以避免这些失活因素。但是，该方法要求在较低温度下具有较高的催化活性，因为此时排气温度通常已降至约100摄氏度。需要在较低温度下工作的催化剂。

现在，由东京都大学的Inomata佑助(Yusuke Inomata)和村山彻(Toru Murayama)领导的研究小组开发了一种基于本体钒氧化物的催化剂。氧化钒(V 2 O 5)是氧化钒的常见状态; 然而，该团队通过将前体加热到270摄氏度，成功地合成了钒(V)和钒(IV)氧化物或“有缺陷的”钒氧化物的混合物。他们发现，这种“缺陷”催化剂在低至100摄氏度的温度下具有出色的催化活性。在此温度下，NOx转化为无害氮的速度比常规二氧化钛负载的钒氧化物催化剂快10倍，在常规催化剂不足的情况下显示出优异的性能。改善归因于V(IV)的存在，其产生“路易斯酸”(电子接受)位，促进了氮氧化物与氨的反应变成氮。

除了在工业催化中的实际应用之外，研究小组还希望他们发现的机制可以作为进一步科学研究的模型系统。