氨气选择性催化还原氮氧化物（selective catalytic reduction of NO_xwith NH₃, NH₃-SCR）是一种有效的脱硝（deNO_x）技术。既可以应用于固定源的烟气脱除，也可以用于移动源的尾气去除。已经广泛使用的商业化催化剂V₂O5-WO₃（MoO₃）/TiO₂虽然在中高温范围内取得很好的催化效果，但是也存在一些缺点：比如钒的毒性、温度窗口窄、较高的SO₂氧化率和易于碱金属中毒等。近年来，通过研究新的催化剂配方和制备工艺，发现CeO₂-WO₃（CeW）系列催化剂具有良好的催化活性和N₂选择性。为了使这种新型催化剂能较快的应用于实际，本文通过共沉淀方法，研究制备了过渡元素（Mn，Cu）掺杂的CeW催化体系在低温区域的SCR活性。并研究了以NH₃为探针分子，过渡金属（Fe，Mn）和稀土（La，Y）元素掺杂二氧化铈（CeO₂）后催化剂的酸性和氧化还原性的变化。另外还考虑了CeW以及CeW/TiO₂催化剂的抗碱金属和SO₂中毒能力，利用BET、XRD、XPS和TPR等手段对催化剂进行了表征，并利用TPD和原位DRIFTS技术研究了催化剂的吸附特性和反应机理，密度泛函理论模拟（DFT modeling）用来优化建立的模型、计算材料的氧化还原性质和对于气体小分子的吸附构型，具体如下：（1）使用密度泛函理论模拟，研究了α-和β-MnO₂（001）面（纳米棒端口）的NH₃，NO_x分子的吸附，得到：无论是对于NH₃还是NO_x分子，在α-MnO₂（001）面的吸附能都要大于在β-MnO₂（001）面的吸附能。另外，还模拟了NH₃分子在石墨烯及氧化石墨烯上的吸附，得到：羟基对促进NH₃的吸附比表面O的作用更加明显，NH₃分子可在羟基和氧化石墨烯的双面分别形成Br nsted酸位吸附和Lewis酸位吸附。（2）研究了过渡元素掺杂CeW催化剂在低温区间活性的扩展，发现Mn掺杂的CeW催化剂可以明显的提高催化剂（MnCeW）在200°C之前的活性。这可以归结为还原性的增强和NH₃吸附量，尤其是Br nsted酸位的增加。理论模拟结果表明钨、锰元素的掺杂可以降低CeO₂表面氧缺陷形成能，即O原子与表面结合强度变弱，催化剂表面更易形成氧缺陷。而这种缺陷可以极大的提高CeO₂的氧化还原能力。使用原位红外技术分别研究了CeW及MnCeW催化剂的低温（150°C）反应机理，发现在低温情况下主要发生的是吸附态的NH₄⁺与NO₂^-的反应（L-H机理）。（3）以NH₃为探针分子，分别从实验和理论的角度比较了过渡金属（Fe、Mn）和稀土元素（La、Y）掺杂CeO₂后催化剂的酸性和氧化还原性的变化。发现了Fe、Mn掺杂的催化剂的酸性和氧化还原性要优于La、Y掺杂的催化剂。这主要是由于Fe、Mn掺杂后在很大程度上改变了CeO₂的表面状态（Ce-O键长、键角），形成更多的氧缺陷。而这些缺陷会导致催化剂的氧化还原性提高，产生更多可接受孤对电子的空轨道，最终形成对NH₃的吸附。最后分别考虑了NH₃和NO的氧化实验，所得到的结果与之前的讨论符合较好。（4）对制备的CeW催化剂进行不同程度的钾，钠中毒，并与传统的V₂O5-WO₃/TiO₂催化剂的碱金属中毒进行比较，发现CeW催化剂的抗碱金属中毒能力要优于传统催化剂。更进一步的，在温度较低的范围（小于200°C），钾的中毒程度大于同比例的钠中毒。这主要是因为钾中毒后的催化剂表面Br nsted酸位（NH₄⁺）少于钠中毒的催化剂，一般认为低温区间SCR反应的决速步骤（rate-determining step）是氨气在表面活化成NH₄⁺。此外，中毒催化剂的还原性下降也是另一个影响活性的因素。通过对CeW催化剂结构的表征我们建立了理论计算模型并对碱金属中毒后的模型进行模拟，发现表面的碱金属原子很容易吸附于CeW （110）表面，并会引起表面活性位的覆盖，导致活性降低。通过200ppm的SO₂稳定性实验发现，在低温区间（180°C），CeW催化剂抗硫效果较差，而在高温区间（280°C），无论是否碱金属中毒，都不受SO₂的影响。最后使用热水水洗再生中毒的催化剂，发现活性可以恢复到原来的80%左右。