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氮氧化物(NOx)是形成雾霾、酸雨和光化学烟雾的主要诱因之一，其排放问题已成为“十二五”治理重点。目前，选择性催化还原(SCR)脱硝技术成熟、效率高、稳定性好，已成为工业应用及研究的主流。催化剂是SCR技术的核心，而商用主流钒钛基脱硝催化剂原料有毒，成本昂贵，逐渐不适应国内应用习惯。近年来本课题组从SCR脱硝基本催化原理和材料组分、结构的相互关系出发，自主研发了Ti-Ce-Ox复合氧化物新体系，在Ti/Ce摩尔比为4∶1时，Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物表现出较优异的脱硝性能。然而，实际工况下，燃料种类不同及品质不均，新旧炉改造、燃烧方式改进，不同工况下的尾气处理工艺与位置不同，均会导致烟气温度变化不稳定，目前常用的催化剂均存在固定的活性温度区间，无法满足不同温度的烟气环境，因此对催化剂活性温度窗口调变的研究具有重要意义。 本文系统研究了过渡金属离子掺杂对Ti0.8Ce0.2O2活性温度窗口的影响机制，为新型无毒催化剂工程应用拥有高效稳定的脱硝活性温度窗口提供了理论指导和技术支撑。以Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物为基体，采用溶胶凝胶法制备了Ti-Ce-M-Ox(M=Zr、Sn、Ni、Mo、Fe、Cu、Ni、Co、Mn、W)系列复合氧化物催化剂，测试了催化剂NH3-SCR脱除NO的活性，并考察了过渡金属离子掺杂对脱硝活性温度窗口的影响;通过XRD、N2-BET、H2-TPR、NH3-TPD、Py-IR及ESEM等表征技术，对比分析了过渡金属离子掺杂引起材料结构、氧化还原性能及酸性能与活性温度窗口的同步变化规律;分析探讨了过渡金属离子掺杂引起Ti0.8Ce0.2O2的活性温度窗口的调变机制。主要研究结果如下： ⑴不同过渡金属离子可以有效地调变Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物NH3-SCR脱除NO的活性温度窗口。空速5000h-1，NH3/N2摩尔比为1∶1，Ti0.8Ce0.2O2/CC在330℃最高活性87.23％，活性温度区间为280～400℃。过渡金属离子Zr4+、Sn4+、Mo4+、W6+、Ni2+及Fe3+的掺杂拓宽了复合氧化物的活性温度窗口，其中前四种过渡金属离子掺杂对低温及高温活性均有拓宽，而Ni2+和Fe3+主要是对催化剂的低温活性温度窗口进行了拓宽;同时，过渡金属离子Cu2+、Co2+及Mn4+的掺杂对活性温度窗口的调变主要表现为往低温偏移。同样地，Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物的活性温度窗口由自身材料的结构与组成决定，改变过渡金属离子掺杂量，Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物的活性温度窗口几乎不发生变化。 ⑵材料组成与结构是影响Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物活性温度窗口的主要因素。通过对复合氧化物材料的晶型结构、比表面性能及表面形貌的研究，过渡金属离子掺杂后，大多改变了复合氧化物的固相结构，细化了晶粒尺寸，形成新的固溶体并造成了晶格缺陷，使复合氧化物表面能增加，同时形成了多样的孔结构，比表面发生了变化。 ⑶Ti0.8Ce0.2O2复合氧化物的氧化还原性能决定了其低温脱硝活性温度窗口，并且氧化还原物种数量的增加有利于提高脱硝活性。不同过渡金属离子掺杂改变了钛铈复合氧化物的低温氧化还原性能，具体表现为低温氧化还原能力及氧化物种数量的提高，低温氧化还原能力以排序的形式排列如下:Ti-Cu-Ce-Ox＞Ti-Mn-Ce-Ox＞Ti-Ni-Ce-Ox＞Ti-Sn-Ce-Ox＞Ti-Fe-Ce-Ox＞Ti0.8Ce0.2O2＞Ti-Zr-Ce-Ox＞Ti-Mo-Ce-Ox＞Ti-W-Ce-Ox;氧化物种数量顺序如下:Ti-Cu-Ce-Ox＞Ti-Ni-Ce-Ox＞Ti-Mn-Ce-Ox＞Ti-Fe-Ce-Ox＞Ti-Mo-Ce-Ox＞Ti-Sn-Ce-Ox＞Ti-Zr-Ce-Ox＞Ti-W-Ce-Ox＞Ti0.8Ce0.2O2。低温氧化性能的调变与复合氧化物低温活性温度窗口的拓宽趋势基本一致。 ⑷新型复合氧化物催化剂高温脱硝活性温度窗口主要由Bronsted强酸性能决定，NH3-SCR脱除NO的主要反应机理遵循B酸机制，其中酸量的增加提高了脱硝活性，而酸强度的增加可以拓宽高温活性温度窗口。通过NH3-TPD以及Py-IR表征分析发现，复合氧化物表面主要存在L酸性位且L酸为弱酸，L弱酸对低温活性做出贡献;过渡金属离子掺杂后复合氧化物表面产生了B酸性位，且B酸为强酸。过渡金属掺入后，酸量跟酸强度都发生了变化，并且过渡金属离子的掺入均增加了复合氧化物表面的B强酸性位，保证了高温窗口内的脱硝性并拓宽了活性温度窗口。 ⑸不同过渡金属离子掺入制备了新型复合氧化物催化剂，探索了复合氧化物材料表面酸性（酸量大小、酸性强度、酸性位类别）、氧化还原性能及材料结构分别与脱硝活性温度窗口之间关系的基本规律，为催化剂从低温到高温均具有稳定的高效脱硝效果提供了可能;为设计普适性强、宽泛可控的复合氧化物催化剂活性温度窗口提供了坚实而富有新意的工程理论基础。