Des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo ont développé un catalyseur à basse température pour éliminer les gaz NOx des gaz d'échappement industriels à l'aide d'ammoniac. Composé d'oxyde de vanadium "défectueux" en vrac au lieu d'oxydes de vanadium supportés sur oxyde de titane comme dans les catalyseurs commerciaux, le catalyseur fonctionne à des températures plus basses ( <150 degrés Celsius) avec une efficacité beaucoup plus élevée. L'équipe a démontré une nette amélioration des performances, et identifié les mécanismes réactionnels responsables de la différence.

Monoxyde d'azote (NO) et dioxyde d'azote (NO 2 ), ou oxydes d'azote (NO X ), sont des polluants atmosphériques courants créés par la combustion de combustibles fossiles, charbon et gaz naturel. Ils sont une cause majeure de smog photochimique et de pluies acides, ce qui rend leur élimination des émissions des véhicules et des usines extrêmement importante. Une technologie clé pour éliminer les oxydes d'azote est leur réaction avec l'ammoniac via la réduction catalytique sélective (SCR), où les NOx sont rendus inoffensifs par réduction en azote et en eau. En particulier, les oxydes de vanadium supportés sur l'oxyde de titane sont connus pour avoir une excellente sélectivité pour la conversion en azote, et ont été appliqués avec succès aux chaudières fixes.

Cependant, un goulot d'étranglement important pour les catalyseurs supportés est la température élevée requise pour l'activité catalytique, souvent 200 à 400 degrés Celsius. Cela se traduit souvent par des unités placées à proximité, par exemple, la chaudière dans les centrales électriques, où ils peuvent être facilement endommagés non seulement physiquement par les cendres, mais par l'accumulation de sulfates d'ammonium. Ces facteurs de désactivation peuvent être évités si l'unité est placée en aval après un dépoussiéreur électrostatique pour éliminer les poussières et un système de désulfatation pour éliminer les dépôts de sulfate. Cependant, cette approche nécessite une activité catalytique élevée à des températures plus basses, puisque la température des gaz d'échappement a généralement chuté à environ 100 degrés Celsius à ce stade. Un catalyseur est nécessaire qui fonctionne à des températures plus basses.

Maintenant, une équipe dirigée par Yusuke Inomata et Toru Murayama de l'Université métropolitaine de Tokyo a développé un catalyseur à base d'oxydes de vanadium en vrac. Oxyde de vanadium (V) (V 2 O 5 ) est un état courant de l'oxyde de vanadium; l'équipe a cependant réussi à synthétiser un mélange d'oxydes de vanadium (V) et de vanadium (IV), ou oxyde de vanadium "défectueux", en chauffant un précurseur à 270 degrés Celsius. Ils ont découvert que ce catalyseur « défectueux » avait une excellente activité catalytique à des températures allant jusqu'à 100 degrés Celsius; à cette température, la vitesse à laquelle les NOx sont convertis en azote inoffensif était 10 fois plus rapide que les catalyseurs d'oxyde de vanadium supportés par du dioxyde de titane conventionnels, montrant des performances exceptionnelles là où les catalyseurs conventionnels sont insuffisants. L'amélioration a été attribuée à la présence de V(IV) qui crée des sites « acide de Lewis » (accepteurs d'électrons), favorisant la réaction de l'oxyde d'azote avec l'ammoniac pour devenir de l'azote.

Au-delà de l'application pratique à la catalyse industrielle, l'équipe espère que les mécanismes qu'ils ont découverts serviront de système modèle pour d'autres études scientifiques.