氮氧化物（NO_x）作为主要的大气污染物之一,带来了严重的环境污染问题。以NH₃为还原剂的选择性催化还原（NH₃-SCR）氮氧化物的方法被认为是最有效的脱硝技术,而催化剂是该技术的核心。目前,大型电厂商用SCR催化剂（V₂O₅-WO₃（MoO₃）/TiO₂）在中高温区间内（300-400 ^oC）具有优异的脱硝效率和抗硫中毒性能。但工况条件复杂的非电力工业锅炉的烟气排放温度通常低于300^oC。V₂O₅-WO₃（MoO₃）/TiO₂催化剂无法满足这些工业锅炉的脱硝需求。因此,为达到我国严苛的大气污染物排放标准的要求,开发环境友好、高效、宽活性温度窗口的新型非钒脱硝催化剂,并研究催化剂结构和活性的关系具有重要的意义。本论文以Fe-Ti复合型氧化物为主要研究对象,首先在铁钛氧化物中添加Cu,制备具有良好中低温脱硝活性的三元Cu_0.02Fe_0.2TiO_x催化剂;在此基础上,根据W和Ce的特性,构建四元催化剂体系,对Cu_0.02Fe_0.2TiO_x催化剂进行氧化还原能力和表面酸性等性质的调变,以优化其催化性能。利用XRD、BET、Raman、H₂-TPR、NH₃-TPD、XPS、in situ DRIFTS等表征手段分析Cu、W和Ce对催化剂体相结构、氧化还原性能、表面酸性、表面物种的影响;探讨催化剂结构与脱硝性能的关系。明确W和Ce的修饰减弱水对SCR反应影响的作用机制,同时分析了催化反应机制。采用溶胶-凝胶法合成了Cu_aFe_0.1TiO_x（a=0.02、0.05、0.1）,Cu_0.02Fe_bTiO_x（b=0.1、0.2、0.3）三元催化剂,考察不同Cu和Fe量对NH₃-SCR活性的影响。发现Cu_0.02Fe_0.2TiO_x具有良好的低温活性,但抗水中毒能力偏弱。通过各种表征手段来揭示了Cu_0.02Fe_0.2TiO_x具有良好低温活性的原因。少量Cu可以提高催化剂氧化还原能力,促进“快速”SCR反应的进行;适当Fe量的Cu_0.02Fe_0.2TiO_x催化剂具有丰富的表面酸性,从而提高催化剂的低温活性及N₂选择性。为了提高Cu_0.02Fe_0.2TiO_x在水存在条件下NH₃-SCR脱硝性能,同时拓宽活性温度窗口,利用W对Cu_0.02Fe_0.2TiO_x催化剂进行改性修饰,制备了Cu_0.02Fe_0.2W_aTiO_x（a=0、0.01、0.02、0.03）四元催化剂。考察不同W量,空速,H₂O和SO₂对催化活性的影响。结果表明,Cu_0.02Fe_0.2W_0.02TiO_x在较高空速(100,000 h^-1)且5 vol.%H₂O存在的情况下,仍然显示出优异的NH₃-SCR性能、良好的抗H₂O性能以及宽的活性温度窗口（235-470 ^oC）。通过各种表征结果分析了W对Cu_0.02Fe_0.2W_aTiO_x氧化还原性能、表面酸性及表面结构等性质的影响。添加适量的W可以提高催化剂表面活性物种的分散,增加表面活性氧含量和Br?nsted和Lewis酸中心（尤其是Br?nsted酸中心）,从而促进了Cu_0.02Fe_0.2W_0.02TiO_x的NH₃-SCR性能。H₂O会抑制NO_x与吸附的氨物种之间的反应,影响SCR低温活性。原位红外与动力学结果表明低温时NH₃-SCR反应主要遵循E-R反应机理。为了提高低温活性,利用Ce对Cu_0.02Fe_0.2TiO_x催化剂进行改性,制备了一系列Cu_0.02Fe_0.2Ce_yTi_1-yO_x（y=0.1、0.2、0.3）催化剂;考察不同Ce量以及H₂O和SO₂对催化活性的影响。结果表明,Cu_0.02Fe_0.2Ce_0.2Ti_0.8O_x表现出优异的抗H₂O和SO₂中毒能力以及低温活性窗口。在有H₂O存在的情况下,175-370 ^oC范围内NO转化率超过90%;不存在H₂O时,150-360 ^oC范围内NO转化率超过90%。通过各种表征结果分析了Ce的添加对Cu_0.02Fe_0.2Ce_yTi_1-yO_x氧化还原性能、表面酸性及表面结构等性质的影响。Cu_0.02Fe_0.2Ce_0.2Ti_0.8O_x的氧化还原能力比Cu_0.02Fe_0.2TiO_x略弱,但仍然保持了低温SCR活性。这是由于高含量的Ce³⁺和Fe³⁺明显提高氧化还原循环Ce⁴⁺+Fe²⁺?Ce³⁺+Fe³⁺,同时大量Ce³⁺物种导致催化剂表面电荷分布不平衡、产生氧空位和不饱和化学键,从而促进了快速SCR反应。In situ DRIFTS结果表明,Ce改性后Cu_0.02Fe_0.2Ce_0.2Ti_0.8O_x表面酸性明显增强（形成更多Lewis酸中心）,这也是其具有优异的抗水性能的主要原因。动力学研究表明,在Cu_0.02Fe_0.2Ce_0.2Ti_0.8O_x催化脱硝反应中主要遵E-R机理。