Химики выяснили механизм работы важного катализатора

Ученые из США поняли механизм, по которому катализатор из оксидов ванадия и вольфрама ускоряет реакцию восстановления оксидов азота. Статья об исследовании была опубликована в журнале Angewandte Chemie.

Электростанции являются одним из основных источников токсичных выбросов, связанных с изменением климата. При сжигании таких видов ископаемого топлива, как уголь и природный газ, кроме основных продуктов горения образуются также продукты горения примесей. Среди них — опасные для человека и животных газы, такие как оксиды азота (NO_x). Кроме того, эти соединения могут образовываться при окислении азота, содержащегося в воздухе, который используется для сжигания топлива.

Проблема очистки воздуха от таких веществ стоит сегодня очень остро. Ученым уже удалось разработать катализатор, который бы превращал NO_x обратно в азот и кислород. Он состоит из оксидов ванадия и вольфрама, диспергированных на поверхности титанового (TiO₂) носителя. Оксид ванадия является активным компонентом, осуществляющим селективное каталитическое восстановление, но вот что делает оксид вольфрама в этом соединении, до сих пор не было понятно.

На протяжении многих лет доминировали три теории относительно этой проблемы. Одна утверждала, что оксид вольфрама имеет кислотный характер, который усиливает химическую реакцию. Вторая говорила, что оксид вольфрама каким-то образом делит электроны с оксидом ванадия, а третья заявляла, что оксид вольфрама изменяет структуру оксида ванадия.

В новом исследовании ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, Лихайского и Алабамского университетов использовали методы высокопольного ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в сочетании с кинетическими экспериментами для проверки каждой теории. С помощью этого чрезвычайно чувствительного прибора ученым удалось получить сигналы от каталитической системы, которые помогли найти ответ на загадку, мучившую ученых на протяжении 40 лет.

«Оказывается, что оксида ванадия очень мало в катализаторе. Это означает, что он присутствует в катализаторе в виде изолированных друг от друга мономеров, — отмечает профессор химической и биомолекулярной инженерии Лихайского университета Израиль Вахс. — Когда вы добавляете оксид вольфрама, оксид ванадия начинает полимеризоваться — образовывать длинные цепочки. Это и обуславливает повышение каталитической активности. Мы провели независимые исследования и установили, что эти олигомеры оксида ванадия являются в 10 раз более активными, чем его мономеры. Таким образом, оксид вольфрама действительно изменяет структуру оксида ванадия от менее активной формы до высокоактивной формы».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.