Wetenschappers van de Tokyo Metropolitan University hebben een lagetemperatuurkatalysator ontwikkeld voor het verwijderen van NOx-gas uit industriële uitlaatgassen met behulp van ammoniak. Samengesteld uit bulk "defect" vanadiumoxide in plaats van vanadiumoxiden gedragen op titaniumoxide zoals in commerciële katalysatoren, de katalysator werkt bij lagere temperaturen ( <150 graden Celsius) met een veel hoger rendement. Het team toonde een duidelijke prestatieverbetering, en identificeerde de reactiemechanismen die verantwoordelijk zijn voor het verschil.

Stikstofmonoxide (NO) en stikstofdioxide (NO ₂ ), of stikstofoxiden (NO _x ), zijn veel voorkomende luchtverontreinigende stoffen die worden veroorzaakt door de verbranding van fossiele brandstoffen, kolen en aardgas. Ze zijn een belangrijke oorzaak van fotochemische smog en zure regen, waardoor hun verwijdering uit voertuig- en fabrieksemissies uiterst belangrijk is. Een sleuteltechnologie voor het verwijderen van stikstofoxiden is hun reactie met ammoniak via selectieve katalytische reductie (SCR), waarbij NOx onschadelijk wordt gemaakt via reductie tot stikstof en water. Vooral, vanadiumoxiden op titania staan ​​bekend om hun uitstekende selectiviteit voor omzetting in stikstof, en zijn met succes toegepast op stationaire ketels.

Echter, een belangrijk knelpunt voor gedragen katalysatoren is de hoge temperatuur die nodig is voor katalytische activiteit, vaak 200 tot 400 graden Celsius. Dit leidt er vaak toe dat units dicht bij bijv. de ketel in elektriciteitscentrales, waar ze gemakkelijk kunnen worden beschadigd, niet alleen fysiek door as, maar door de ophoping van ammoniumsulfaten. Deze deactiverende factoren kunnen worden vermeden als de unit stroomafwaarts wordt geplaatst na een elektrostatische stofvanger voor het verwijderen van stof en een ontzwavelingssysteem om sulfaatafzettingen te verwijderen. Echter, deze benadering vereist een hoge katalytische activiteit bij lagere temperaturen, aangezien de temperatuur van het uitlaatgas op dit punt over het algemeen is gedaald tot ongeveer 100 graden Celsius. Er is een katalysator nodig die werkt bij lagere temperaturen.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Yusuke Inomata en Toru Murayama van de Tokyo Metropolitan University heeft een katalysator ontwikkeld op basis van bulk vanadiumoxiden. Vanadium (V) oxide (V ₂ O ₅ ) is een veel voorkomende toestand van vanadiumoxide; het team synthetiseerde echter met succes een mengsel van vanadium (V) en vanadium (IV) oxiden, of "defect" vanadiumoxide, door een voorloper te verhitten tot 270 graden Celsius. Ze ontdekten dat deze "defecte" katalysator een uitstekende katalytische activiteit had bij temperaturen tot 100 graden Celsius; bij deze temperatuur, de snelheid waarmee NOx wordt omgezet in onschadelijke stikstof was 10 keer sneller dan conventionele vanadiumoxidekatalysatoren op titaniumdioxide, met uitzonderlijke prestaties waar conventionele katalysatoren tekortschieten. De verbetering werd toegeschreven aan de aanwezigheid van V(IV) die "Lewis acid" (elektronen-accepterende) sites creëert, bevordering van de reactie van stikstofoxide met ammoniak om stikstof te worden.

Naast praktische toepassing op industriële katalyse, het team hoopt dat de mechanismen die ze hebben ontdekt, dienen als een modelsysteem voor verdere wetenschappelijke studies.