Studio computazionale del sistema vanadile-anatasio nella riduzione catalitica selettiva

NOx is one of the polluting produced by fuel combustion which, above all, causes breathing disease and acid rain. In automotive, the employing of a catalyst based on vanadyl-anatase system is usefull to convert this nitrogen oxide in N2 with the assistance of the reducing agent NH3. The main step in Selective Catalytic Reduction process seems to be the reduction of vanadium from (V) to (IV) in the first half cycle and its re-oxidation during the second part. Hence lot of experimental and theoretical published works are focused one the study of possible structures with V(V) and V(IV) centres, supported by IR, Raman, EPR data measured and calculated. This thesis project, based on a computational analysis, starts with a careful study of anatase support, especially on analysing (001) and (101) surfaces and their possible hydration. Therefore an investigation on vanadyl centre VO2+ has been addressed, in order to understand its the electronic structure and to calibrate a good basis set for the calculation of EPR parameters. Then the binary system VOx/TiO2 will be analyzed in its possible shapes and characteristics.

NOx è uno fra gli inquinanti prodotti dalla combustione del carburante che causa soprattutto problematiche respiratorie e piogge acide. Nell'automotive l'uso di un catalizzatore basato sul sistema vanadile-anatasio è utile a convertire gli ossidi di azoto in N2, con l'aiuto dell'ammoniaca come agente riducente. Lo step importante nella riduzione catalitica selettiva sembra essere la riduzione del vanadio da +5 a +4 nella prima metà del ciclo catalitico, e la successiva riossidazione nella seconda parte. Perciò diversi lavori pubblicati, sperimentali e teorici, si focalizzano sullo studio di possibili strutture con centri V(V) e V(IV), supportati da dati IR, Raman e EPR sia misurati sia calcolati. Questo progetto di tesi, basato su uno studio computazionale, inizia con un attento studio del supporto anatasio, in particolar modo con l'analisi delle superfici (001) e (101) e le loro possibili idratazioni. Segue l'analisi del centro VO2+ per cercare di capire la sua struttura elettronica e per calibrare il set base per il calcolo dei parametri EPR. Poi viene analizzato il sistema binario VOx/TiO2 nelle sue possibili strutture e caratteristiche.