低温选择性催化剂还原（SCR）脱硝技术在降低固定源燃烧烟气氮氧化物排放方面具有广阔的应用前景。作为该技术的核心环节,低温SCR脱硝催化剂仍面临低温活性及抗硫性能差的问题,制约其工业化应用。本文从新型过渡金属氧化物催化剂开发和钒基脱硝催化剂改性两条路径出发,对过渡金属氧化物低温脱硝性能进行系统分析,筛选出适合工业应用环境的低温脱硝催化剂,并借助密度泛函（DFT）理论计算从分子层面对催化剂表面脱硝反应过程及H₂O、SO₂失活原因进行深入分析。首先对比了常规新型过渡金属元素为活性组分的金属氧化物及硫酸盐催化剂脱硝性能。相同活性元素摩尔含量情况下,Mn、Ce金属氧化物催化剂表现出优异的中低温活性,但对应的硫酸盐催化剂只在较窄的高温区间具有一定的脱硝活性。研究认为硫酸根对活性元素氧化还原性能的抑制是导致催化剂低温活性减弱的主要原因。相比之下,硫酸根存在显著增加了 Cu、Fe基催化剂的表面酸性,但表面吸附NH₃组分的反应活性并未得到增强。催化剂表面宏观硫酸铵盐沉积行为可能源自于表面活性组分硫酸盐化后吸附的还原剂组分未能及时被反应消耗。综合对比认为,铁基催化剂在中高温区域具有优异的脱硝性能。从脱硝机理认识出发对铁氧化物催化剂的改性研究中,通过引入Cu、Co得到的负载型Cu-Fe/TiO₂、Co-Fe/TiO₂催化剂及体相掺杂型CuFeO_x与CoFeO_x复合氧化物催化剂低温脱硝活性均得到有效提升。负载改性铁基催化剂活性受高浓度水蒸汽影响显著,Cu-Fe/TiO₂催化剂脱硝性能150～300℃温度范围都受到抑制,Co-Fe/TiO₂催化剂温度窗口向高温区域迁移。催化剂表面吸附物种热稳定性及自身氧化还原性能的差异导致了有无水蒸汽环境下不同的SCR反应性能。SO₂接触会造成体相掺杂催化剂低温活性的不可逆损失,由表征分析推测活性组分硫酸盐化是造成催化剂SO₂中毒的主要原因。新型过渡金属氧化物脱硝催化剂虽在洁净气氛下具有优异的低温脱硝活性,但H₂O和SO₂引起的失活与中毒仍然是限制其实践应用的关键障碍。钒基催化剂的改性研究发现,助剂MoO₃和Nb₂O₅的添加均可以有效提高钒基催化剂低温脱硝性能。钒氧化物分散状态的改善与活性位点反应性能的提升是改性催化剂性能提升的主要因素。抗中毒性能研究表明,H₂O、NH₃与SO₂对改性钒基催化剂的失活具有显著的协同加速效应。应用温度低于225℃时,失活催化剂表面观察到了硫酸铵盐类物质的宏观沉积。表面硫酸铵盐的反应及热分解特性显示400℃的热处理可使失活催化剂活性完全恢复。相比于颗粒催化剂,成型样品H₂O与SO₂环境下的失活速率变缓,225℃时3V6Nb/WTi蜂窝催化剂可在H₂O、SO₂环境下长时间保持稳定的脱硝效率。钒基催化剂理论计算结果显示:还原剂在表面L酸位点的吸附较弱,B酸位点的吸附更为稳定。不同活性位点反应途径的对比分析表明L酸位催化途径最大能垒较高,达到57.83kcal/mol,而B酸位催化过程的最大反应能垒较低,约44kcal/mol。研究发现由于表面情况的差异,B酸位可能有不同的反应途径。计算结果从分子层面论证了B酸位点对脱硝反应的重要性。同时,理论计算研究认为高浓度的H₂O在催化剂表面的竞争吸附导致的对活性位点占据、表面空间压缩是造成含水环境下催化剂活性下降的原因。SO₂在催化剂表面的单独吸附很弱,而H₂O、NH₃与SO₂共存时通过气相催化水解生成的亚硫酸盐团簇与催化剂表面V=O基团具有较强的结合能力,研究推测该水解过程可能是导致钒基催化剂H₂O和SO₂环境下加速失活的主要原因。