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化石能源燃烧排放出的氮氧化物（NOx）是造成大气污染的主要因素之一。燃煤电厂的排烟温度较高（320–400℃）,适合安装选择性催化还原脱硝装置,NOx达到超低排放标准。但是,以钢铁和焦化等行业为代表的工业锅炉因烟气温度大多在150℃以下,且具有产业分布广、污染物排放量大等特点,在NOx治理上面临着严峻的挑战。臭氧（O3）氧化技术作为NOx处理的适用技术已有工业应用案例,但是在应用中出现耗能高、氧化产物吸收难、O3使用量大引起逃逸等问题,制约其广泛应用。针对上述问题,本文提出了TiO2催化O3和H2O2转化为氧化性更强的·OH和·O2–氧化NOx方法,并对TiO2催化剂进行改性,以进一步增加催化体系中含氧自由基的生成量、降低运行成本、提高脱硝效率,最终达到O3和H2O2的高效利用,实现NOx的深度氧化。以TiO2为催化剂,H2O2在TiO2表面去质子化产生的Ti-OOH物种可以与O3发生反应,生成·OH和·O2–自由基。其中,·O2–自由基可以一步与NO反应生成最终产物NO3–。锐钛矿相TiO2表面Ti-OOH含量多于金红石TiO2,故锐钛矿相TiO2表现出更高的活性。在410 ppm浓度NO、反应空速为4.4×10~4 h-1、摩尔比H2O2/NO=4.36、O3/NO=0.5的条件下,锐钛矿相TiO2的NO氧化效率能够达到92%。采用电负性更强的F,对锐钛矿相TiO2表面进行改性,用于催化O3和H2O2氧化NOx。F改性促进了Ti-H（OOH）上H的解离,产生了更多的Ti-OOH物种;同时,F改性还有利于O3在TiO2催化剂上的吸附。因此,F改性TiO2增强了Ti-OOH与O3之间的反应,生成了更多的·OH和·O2–自由基,从而具有了更高的NO氧化效率。在空速为4.4×10~4 h-1、摩尔比H2O2/NO=4.36、O3/NO=0.5的条件下,最佳F含量修饰的TiO2催化剂的NO氧化效率达到98%。此外,在氧化NO过程中产生了NO2–和NO3–,且NO3–是最终产物。催化剂稳定性评价中发现,F能够稳定存在于TiO2表面,产物NO3–则会在催化剂表面达到吸脱附平衡。采用溶胶凝胶法制备了S掺杂TiO2催化剂,并用于催化O3和H2O2氧化NOx。研究结果表明:S以S6+的氧化态存在于TiO2晶格中,且由于S6+的等效半径较小,与O成键时倾向于形成距离短、强度高的共价键。S的掺杂导致TiO2层间结合力减弱、层内结合力增强、对应Ti-O键的键强度提高、Ti的电子云密度向O偏移、使得Ti位点缺电子,从而增强了催化剂的Lewis酸性,促进了H2O2在Ti位点的活化,同时S掺杂也提高了O3的吸附,进而产生了更多的·OH和·O2–自由基。在最佳S掺杂量、空速为1.2×10~5 h-1、摩尔比O3/NO=0.5、H2O2的使用量降低至摩尔比H2O2/NO=1.2的条件下,NO氧化效率可达85%。此外,催化剂还表现出较好的稳定性和抗SO2性。制备了富含{001}晶面的锐钛矿相TiO2催化剂,用于催化O3和H2O2氧化NOx。研究结果表明:由于TiO2的{001}晶面具有100%的Ti5c,表现出更强的Lewis酸性,提高了O3的吸附,增强了H2O2的活化。富含{001}晶面的TiO2催化剂表现出显著的O3和H2O2协同效应,产生了更多的·OH和·O2–自由基,进一步促进了NO的氧化。在空速为4.4×10~4 h-1、摩尔比H2O2/NO=4.36和O3/NO=0.5下、TiO2的{001}晶面暴露比例约为71%时、NO的氧化效率达到98%。此外,原位红外还揭示了O3和H2O2在TiO2（001）表面氧化NO的过程反应机理,验证了主要产物为NO3–。在包括CO、CO2和SO2在内的不同气体组分下,O3/H2O2/TiO2（001）方法均表现出稳定的NO氧化性能。探究了锐钛矿相TiO2的{001}晶面和表面F共存时,对O3和H2O2的协同催化转化特性。研究结果表明:表面F有利于H2O2的去质子化,但占据着Ti5c位点,降低催化剂的Lewis酸性。随着催化剂煅烧温度的升高,尽管{001}晶面比例在减少,但一部分F从催化剂表面脱除,重新暴露出Ti5c位点,从而调控出了具有最佳的{001}晶面比例和F含量的催化剂。此外,在该催化剂上,还证明了·OH和·O2–自由基同时与吸附态和气相的NO反应。在空速为4.4×10~4 h-1、摩尔比H2O2/NO=1.45、O3/NO=0.5、催化剂在400℃的煅烧温度下,最高的NO氧化效率可达97%。在以上所有研究中同时表现出最小H2O2消耗量,最高的NO氧化效率。