Gli scienziati della Tokyo Metropolitan University hanno sviluppato un catalizzatore a bassa temperatura per rimuovere il gas NOx dagli scarichi industriali utilizzando l'ammoniaca. Composto da massa di ossido di vanadio "difettoso" invece di ossidi di vanadio supportati su ossido di titanio come nei catalizzatori commerciali, il catalizzatore lavora a temperature più basse ( <150 gradi Celsius) con un'efficienza molto più elevata. Il team ha dimostrato un netto miglioramento delle prestazioni, e identificato i meccanismi di reazione responsabili della differenza.

Monossido di azoto (NO) e biossido di azoto (NO ₂ ), o ossidi di azoto (NO _X ), sono comuni inquinanti atmosferici creati dalla combustione di combustibili fossili, carbone e gas naturale. Sono una delle principali cause di smog fotochimico e piogge acide, il che rende estremamente importante la loro rimozione dalle emissioni dei veicoli e delle fabbriche. Una tecnologia chiave per la rimozione degli ossidi di azoto è la loro reazione con l'ammoniaca tramite riduzione catalitica selettiva (SCR), dove re NOx è reso innocuo tramite riduzione ad azoto e acqua. In particolare, gli ossidi di vanadio supportati su titanio sono noti per avere un'eccellente selettività per la conversione in azoto, e sono stati applicati con successo alle caldaie fisse.

Però, un collo di bottiglia significativo per i catalizzatori supportati è l'elevata temperatura richiesta per l'attività catalitica, spesso da 200 a 400 gradi Celsius. Ciò si traduce spesso in unità posizionate vicino ad es. la caldaia nelle centrali elettriche, dove possono essere facilmente danneggiati non solo fisicamente dalla cenere, ma dall'accumulo di solfati di ammonio. Questi fattori disattivanti possono essere evitati se l'unità viene posta a valle dopo un precipitatore elettrostatico per la rimozione della polvere e un sistema di desolfatazione per rimuovere i depositi di solfato. Però, questo approccio richiede un'elevata attività catalitica a temperature più basse, poiché la temperatura del gas di scarico è generalmente scesa a circa 100 gradi Celsius a questo punto. È necessario un catalizzatore che funzioni a temperature più basse.

Ora, un team guidato da Yusuke Inomata e Toru Murayama della Tokyo Metropolitan University ha sviluppato un catalizzatore a base di ossidi di vanadio sfusi. Ossido di vanadio (V) (V ₂ oh ₅ ) è uno stato comune di ossido di vanadio; il team ha tuttavia sintetizzato con successo una miscela di ossido di vanadio (V) e vanadio (IV), o ossido di vanadio "difettoso", riscaldando un precursore a 270 gradi Celsius. Hanno scoperto che questo catalizzatore "difettoso" aveva un'eccellente attività catalitica a temperature fino a 100 gradi Celsius; a questa temperatura, la velocità con cui gli NOx vengono convertiti in azoto innocuo era 10 volte più veloce rispetto ai catalizzatori convenzionali a base di ossido di vanadio supportati da titanio, mostrando prestazioni eccezionali laddove i catalizzatori convenzionali non sono all'altezza. Il miglioramento è stato attribuito alla presenza di V(IV) che crea siti "acidi di Lewis" (accettatori di elettroni), promuovendo la reazione dell'ossido di azoto con l'ammoniaca per diventare azoto.

Oltre all'applicazione pratica alla catalisi industriale, il team spera che i meccanismi scoperti servano da sistema modello per ulteriori studi scientifici.