汞是自然界中对人体毒性最高的元素之一,因此减少燃煤电站烟气汞排放对保护我国生态环境和人体健康具有重要意义。目前,燃煤电厂烟气中气态汞的类型主要为零价汞、氧化态汞及颗粒态汞。由于大部分的氧化态汞和颗粒态汞都能在除尘器、脱硫塔等空气净化设备中协同脱除,而Hg~0则由于其液体溶解度低、易挥发、和化学惰性高等特质成为烟气汞排放控制的难点。为了解决这一困境,目前燃煤电站一般会采用烟道尾部喷射活性碳的方法来控制汞污染,这也是目前最为成熟以及应用最为广泛的控制方法。然而活性碳的成本高,应用温度窗口窄,且它的化学改性过程繁琐、耗时长。因此本文将从常规吸附剂的吸附特性出发,设计并探索了纳米尺度的高效金属基吸附剂的制备方法、吸附效果和脱除机制。通过实验探究、吸附剂表征测试和第一性原理量子化学方法多手段结合解释了基于金属有机框架衍生的高效宽温度吸附剂汞吸附机理。对于高效、经济的烟气脱汞吸附剂的开发及脱汞机理理论的发展,具有重要的科学意义和实用价值。本文首先探究了常规汞吸附剂,包括活性炭、蒙脱石、二氧化硅、硒化锌,和银、钴金属纳米颗粒对Hg~0吸附和脱附特性。对吸附剂的模拟烟气汞脱除测试表明反应温度对吸附剂吸附容量有直接影响。在不同温度下的吸附-解吸实验证明吸附温度能够影响程序升温脱附曲线中汞解吸峰的位置。基于动力学拟合程序升温脱附曲线的结果表明汞在这些吸附剂表面的吸附行为更符合准二阶吸附动力学。钴纳米颗粒在测试温度窗口内温度较高的区域具有较高的吸附容量,且脱附活化能为62.33 kJ/mol,具有优越的开发潜力。基于密度泛函理论揭示了 Hg~0在钴和银纳米颗粒的主要暴露晶面的微观吸附机制。结果表明金属纳米颗粒主要的生长晶面（111）、（220）和（200）对Hg~0都有着较高的化学亲和性。汞可以在纳米颗粒表面的化学吸附位点和表面金属原子形成稳定的化学键。（111）晶面由于具有较高的吸附位点密度和天然的晶体生长优势在Hg~0的吸附过程中能够占据主导作用。在探索了上述常规吸附剂的吸附特性和吸附机理后的结果表明钴基金属吸附剂相比于其他常规吸附剂在吸附容量,温度窗口,和经济性都有着明显的优势。为了制备能够在宽温度窗口中对气态单质汞有良好的亲和性的新型吸附剂,利用金属有机框架化合物中的钴沸石咪唑框架直接热解制备了耦合钴纳米颗粒和碳基载体的钴纳米颗粒多孔碳。碳基载体能够对Hg~0产生物理吸附,而钴纳米颗粒可以提供Hg~0的化学吸附位点。在两者的协同作用下,制备的钴纳米颗粒多孔碳在30-240℃温度范围内的汞脱除效率都高于85%,实现了高效吸附。为了进一步提高吸附剂的固汞能力和吸附剂热稳定性,通过以空气作为反应氛围热解钴沸石咪唑骨架使得生成产物由钴纳米颗粒转变成为四氧化三钴纳米颗粒,改变了纳米颗粒的表面化学,使得其对单质汞具有较强的氧化吸附能力。并通过负载Pd单原子提升了多孔Co3O4表面活性。单原子Pd掺入的多孔Co3O4吸附剂在宽温度范围（30-350℃）和高气体空速(约555500 hr-1)下对Hg~0表现出优异的吸附性能,Hg~0的平均脱除效率在测试窗口内高于98%。经过80小时的长效运行,吸附剂的汞去除率仍在87%以上。此外,该吸附剂表现出了优越的再生性,大大增加了其工业使用前景。