本论文首先通过活性评价实验,对系列过渡金属离子(transition metal ion, TMI)(Fe、Co、Cu)改性不同构型沸石分子筛(BEA、 FER、MOR、MCM-49) N2O催化分解活性进行评价,并研究杂质气体(SO2、NO、CO)对其N2O催化分解活性的影响,活性评价实验结果表明改性BEA分子筛(TMI-BEA)具有最优的催化分解活性；基于此,本论文进一步采用实验与量化计算相结合的研究方法对TMI(Fe, Co, Cu)-BEA上N2O催化分解过程进行深入、系统研究,包括本征动力学、反应机理、微观动力学、各反应步骤电子转移、以及TMI(Fe, Co, Cu)-BEA电场效应对N2O催化分解的影响,并探究其催化活性差异的本质原因；最后,本论文选用催化活性较优的Fe-,Co-BEA粉末分子筛为活性组分,提出一种以蜂窝状堇青石为载体的Fe-, Co-BEA分子筛整体式催化剂制备技术,为工业催化剂的开发提供技术支持,本论文主要内容及结论如下：1.采用液相离子交换法制备系列Fe、Co、Cu改性(BEA、FER、 MOR、MCM-49)沸石分子筛(SiO2/Al2O3=30),活性评价结果表明TMI(Fe, Co, Cu)-BEA具有较高的N2O催化活性,N2吸脱附实验表明TMI(Fe, Co, Cu)-BEA较高的比表面积及孔容与其较高的N2O催化活性有直接关系。2.本论文采用实验与量化计算相结合的方法,系统研究了N2O在Fe-BEA上的催化分解机理。首先,通过XRD、H2-TPR发现,当Fe%<1%时,Fe主要以Fe3+离子的形式存在于分子筛上,且为N2O催化分解的活性中心,当Fe%>1%时FeOx物种会逐渐增多。活性评价实验表明当Fe%>1%时,Fe-BEA分子筛N2O催化分解活性无明显提升,其主要原因在于随Fe含量的增加,会导致FeOx的生成,而该物种具有较低的N2O催化分解活性；其次,当Fe%>1%时N2O催化分解反应可能是由内扩散作为整个反应的速率控制步骤。3.本论文采用原位红外(N1O-DRIFTS).程序升温脱附(N2O/NO2-TPD-MS).以及程序升温表面反应(N2O-TPSR)多种表征手段对N20在Fe-BEA-1％上的催化分解机理进行研究,并提出反应机理模型,该模型共包括两种反应机理：O2形成机理(主反应机理)及NOx形成机理。为进一步深入研究各反应机理,本论文建立5T-Fe-BEA模型,模拟各反应机理,并计算相关反应步骤能垒,研究结果表明02脱附步骤具有最高的反应能垒(ΔE=63.20kcal mol-1),为02形成机理的速率控制步骤,而第一个过渡态反应步骤(Step B2,ΔE=26.92kcal mol-1)为NOx形成机理的速率控制步骤。4.本论文采用密立跟(Mulliken)电子转移分析,系统研究了Fe-BEA上02形成机理各反应步骤的电子转移情况,研究结果表明：分子筛骨架在第一个N2O催化分解过程中(Part1)发挥着重要的作用；而活性中心Fe、αO在第二个N2O催化分解过程中(Part2)发挥着重要作用；基于Part2电子转移分析,可以发现aO在Part2表现出的电化学性质,可以较好的解释其在N2O催化反应中具有的较高催化活性。与此同时,本论文进一步采用分子前线轨道(FMO)分析及N2O-DRIFTS研究了N2O催化分解过程的电子转移,发现其研究结果与Mulliken电子转移分析所得结果一致。5.本论文采用实验与理论计算相结合的研究手段,进一步对TMI(Fe, Co, Cu)-BEA分子筛N2O催化分解进行了系统研究,分析造成其催化活性差异的内在原因。首先,XRD、H2-TPR、XPS、UV-vis多种表征手段发现改性金属(Fe, Co, Cu)主要以离子态的形式存在于改性分子筛上,且为N2O催化分解的活性中心。其次,活性评价实验、TOF、以及本征动力学研究表明TMI(Fe, Co, Cu)-BEA N2O催化分解活性顺序为：Co-BEA> Fe-BEA> Cu-BEA。进而本论文基于量化计算(DFT),对Co-, Cu-BEA N2O催化分解机理进行模拟,并计算各反应步骤能垒,研究发现O2脱附步骤为Co-, Cu-BEA上N2O催化分解的速率控制步骤,且该步骤中Co-BEA具有最低的反应能垒,因此,其具有最优的N2O催化分解活性。与此同时,研究还发现,Co-BEA在第一个N2O催化分解过程中会产生一个中间物种(IM),通过微观动力学分析表明,该中间物种的产生会降低Co-BEA的N2O催化分解速率,该结果与活性评价谱图及N2O-TPD谱图上Co-BEA表现出较缓的数据曲线一致。6.改性分子筛可以通过活性组分与分子筛骨架的电场效应,共同对反应物分子旧键断裂、新键形成产生影响,因此,本论文基于密立跟电子转移、分子前线轨道分析及N2O-DRIFTS,研究了TMI(Fe,Co, Cu)-BEA电场效应对N2O催化分解的影响,进而深入分析TMI(Fe, Co, Cu)-BEA活性差异的原因。研究结果表明TMI(Fe, Co, Cu)-BEA电场效应对N2O催化分解的影响可分两点：首先,在N2O分子吸附过程中,TMI(Fe, Co, Cu)-BEA分子筛作为得电体,接收大量来自N2O的电子,使得N2O分子能级发生变化,进而促进N2O预活化；其次,在N2O催化分解过程中,TMI(Fe, Co, Cu)-BEA分子筛通过活性中心、分子筛骨架以及产生αO的强供电效应促进O-N2键的极化,进而有利于O-N2键的断裂。其中,通过电子转移分析发现Cu-BEA及其αO在第二个N2O催化分解过程中(Part2),其电场效应未对吸附态N2O的O-N2键产生极化影响,因此,Cu-BEA在Part2催化活性最低。本论文进一步采用FMO定量分析了TMI(Fe, Co, Cu)-BEA分子筛与N2O间的电子转移能力,并与其催化活性相关联,研究结果表明TMI(Fe, Co, Cu)-BEA与N2O的分子轨道能级差(LUMO-HOMO)决定其电子转移能力大小,进而决定其N2O催化分解活性。N2O-DRTIFTS通过比较不同温度吸附于TMI(Fe, Co, Cu)-BEA上N2O的v(N-N)最大蓝移波数,证明了FMO电子转移定量计算的正确性。7.本论文以活性较优的Fe-, Co-BEA粉末分子筛为活性组分,硅溶胶、铝溶胶、为粘结剂,蜂窝状陶瓷堇青石为载体,采用一步涂覆法制备了系列Fe-, Co-BEA分子筛整体式催化剂,通过活性评价及多种表征手段,确定了最佳制备工艺路线,表明5%铝溶胶制备的Fe-BEA整体式催化剂,及5%硅溶胶制备的Co-BEA整体式催化剂具有最优的催化活性。此外,本论文进一步采用计算流体力学(CFD)对N2O在整体式催化剂上的催化分解过程进行流体模拟及催化反应计算,N2O转化率模拟结果与实验结果较好的吻合。