研究人员创造了一种新的钨替代氧化钒的催化剂

来自东京都立大学的研究人员创造了一种新的钨（W）替代的氧化钒催化剂，用于分解工业废气中有害的氮氧化物。他们的新催化材料能在较低的温度下工作，并且在处理“湿”废气时不会出现性能的严重下降，解决了传统钒催化的一个主要缺陷。研究人员还发现，原始晶体结构中原子钨的非聚集性分散在其功能上起着关键作用。

图片来源：东京都立大学

选择性催化还原（SCR）是保持空气清洁的一项重要技术。工业废气通过催化装置并与还原剂反应，将有害的氮氧化物转化为氮气和水。高水平的氮氧化物不仅危害农作物和植被，而且会直接危害人类，加剧哮喘和其他呼吸道问题。这使得选择性催化还原技术的广泛、高效部署对社会尤为重要。

但是，传统的SCR催化剂有许多影响性能和效率的问题。对于使用氨作为还原剂的氧化钒催化材料，一个很大的限制因素是在不同温度下的性能。传统的钒催化在200至400摄氏度下工作效果最好。在锅炉系统中，这意味着装置必须放在靠近燃烧室的地方，使它们更容易受到灰烬的损害。

在以前的工作中，由东京都立大学的Toru Murayama教授领导的团队创造了一种新的钒催化材料，在100至150摄氏度下能有效地工作。然而，较低的温度导致了另一个问题，即水蒸气。在较低的温度下，工业废气通常含有10-20%的水蒸气（体积）。由于氧化钒催化在气体潮湿时性能会严重下降，因此需要进一步的突破以充分利用这种新的催化材料。

图片来源：东京都立大学

目前，该团队通过创造一种新的、由W替代的钒催化解决了这个问题。通过用W取代催化剂结晶结构中的一些钒，他们发现它不再容易受到性能大幅下降的影响。在150摄氏度的温度下，当气体变湿时，该团队以前的钒催化的转化率从82%下降到47%，而新的W替代的催化的性能仅从大于99%的转化率下降到94%。这使得该材料成为处理实际工业废气的理想选择。

然而，更多的W并不一定意味着更好的性能。研究小组发现，适量的W的非聚集性原子分散是至关重要的。钨和钒都需要一起工作：在潮湿的条件下，W替代的材料为铵离子的产生提供了更多的位点，这些铵离子随后可以与邻近的钒离子附近的氮氧化物反应。该团队希望他们对机制的见解以及他们的催化剂在现实条件下的优越性能将在不远的将来带来新的工业SCR产品和更清洁的空气。

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