城市化进程的加速和工业的快速发展造成了一系列严重的空气污染,同时由于人们环保意识的提高,环保法规也日益严格。空气污染问题被认为主要是由于化石燃料的燃烧,机动车尾气和其它污染物排放产生的。在各类空气污染物中,氮氧化物（NO_x）由于能造成光化学烟雾形成雾霾、酸雨、臭氧层空洞和温室效应而被人所注意和熟知。NH₃选择性催化还原NO_x（NH₃-SCR）是最有效的脱除固定源排放的NO_x的技术。WO3（MoO3）改性的V2O5/TiO₂催化剂是目前NH₃-SCR中已经商用的催化剂。然而,该催化体系依然存在一些缺点,包括高的操作温度,钒物种的毒性和高温下N₂选择性降低。因此,许多研究者致力于开发新型催化剂,该催化剂应该具有高的deNO_x活性,高的N₂选择性,优良的水热稳定性和抗SCR气氛中的共存毒物包括H₂O,SO₂或者碱金属等等的优点。目前,金属氧化物催化剂和分子筛催化剂是NH₃-SCR过程中被研究得最多的两类催化剂。本论文设计并制备了Ti基氧化物催化剂。采用XRD、BET、SEM、TEM、Vis-Raman、XPS、Py-IR、NH₃-TPD和H₂-TPR等手段对催化剂进行表征。通过In-situ DRIFTS手段对NH₃-SCR反应机理进行研究。同时,利用NH₃-SCR反应对催化剂的活性进行评价。通过对催化剂的制备方法、结构及物化性质与NH₃-SCR反应性能的研究,本文得到的主要结论如下:（1）采用溶胶凝胶法制备了一系列不同钒含量的V-W-Ti纳米催化剂,并对它们的NH₃选择性催化还原NO活性进行评价。结果显示V0.02W0.04Ti催化剂具有最高的NO转化率以及最低的反应活化能。表征结果证明V掺杂到TiO₂的晶格中,而且在V-W-Ti催化剂的表面存在着V4++Ti4+→V5++Ti3+的氧化还原循环。V0.02W0.04Ti催化剂优异的NH₃-SCR反应性能归功于大量的还原态和扭曲态的钒物种。硝酸盐物种的吸附被显著抑制,同时NO₂气相分子更容易在V0.02W0.04Ti催化剂表面形成。因此,V0.02W0.04Ti催化剂在低温下具有很高的催化活性。（2）通过调节前驱液的水解速度可控合成了尺寸可调的纳米棒修饰TiO₂微球。利用浸渍法制备了一系列TiO₂载体负载CeO₂纳米颗粒的Ce/Ti催化剂。结果显示1μm纳米棒修饰TiO₂微球负载CeO₂催化剂在很宽的温度窗口具有优异的反应活性和高的N₂选择性。TiO₂纳米结构的不同形貌和CeO_x物种具有很强的相互作用,从而提高其分散性。Ce/Ti催化剂优异的催化活性主要归功于丰富的表面氧物种,充足的表面酸性位以及高的还原性能。原位红外表征结果证明,表面氧空位的存在能够帮助活性的NO₂和双齿的硝酸盐物种的形成,从而导致其突出的SCR性能。（3）采用均相沉淀法合成了一系列不同Nb掺杂量的无定形态的Fe_αNb_1-αTiO_x催化剂,并对催化剂的NH₃选择性催化还原NO活性进行评价。Nb的掺杂量能够显著影响催化剂的结构、酸性和氧化还原性能。活性测试结果表明Fe0.95Nb0.05TiO_x具有最高的SCR活性和最好的N₂选择性。密度泛函（DFT）计算结果表明,催化剂具有比表面积大,结构扭曲,丰富的表面氧物种和酸性适当等优点。这些优点是由于Fe,Nb和Ti物种之间存在强相互作用产生的。Fe0.95Nb0.05TiO_x催化剂表面的Br?nsted和Lewis酸都能够参与NH₃-SCR反应。同时表面形成的活性单齿硝酸盐物种和cis-N₂O₂2-物种也在反应中具有十分重要的作用。（4）采用溶胶凝胶法制备了一系列不同Cu掺杂量的Fe_αCu_1-αTiO_x催化剂,并对催化剂的NH₃-SCR活性进行评价。Fe0.9Cu0.1Ti催化剂表现出最好的NH₃-SCR性能。该催化剂在200³75 oC的温度范围具有80%以上的NO转化率和90%以上的N₂选择性。催化剂对NO和NH₃氧化能力越强,其低温NH₃-SCR活性就越高。催化剂的NH₃氧化能力过强反而会导致其高温NH₃-SCR活性下降。Fe0.9Cu0.1Ti催化剂优异的NH₃-SCR反应性能归功于其无定形的结构和Fe,Cu和Ti物种之间的强相互作用。Fe0.9Cu0.1Ti催化剂表面的Br?nsted和Lewis酸都能够参与NH₃-SCR反应。低温下催化剂能吸附较强的硝酸盐物种参与NH₃-SCR反应,高温时大部分硝酸盐物种在催化剂表面解离,从而产生更多的活性位吸附和活化NH₃。上述作用能够提高催化剂的NH₃-SCR性能和N₂的选择性。