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氨气作为一种来源广泛的典型大气污染物，过度排放会对生态环境和人类生存产生严重威胁。氨选择性催化氧化(NH3-SCO)是一种利用催化剂的作用将氨废气转化为无害氮气的新兴技术。因其操作简单，反应条件温和，无二次污染等特点受到广泛关注。铜基复合金属氧化物催化剂由于其在低温区良好的催化活性被认为是一种极具应用潜力的催化剂。但目前复合金属氧化物体系中催化剂的结构与组分间协同作用的关系还不清楚、仍缺乏对协同作用的调控手段来提高催化剂的催化性能，以及协同作用对氨物种氧化历程的影响需进一步探讨。本论文针对上述问题，设计合成Cu-Ce-Zr，CuO@CeO2，Cu2O-CuO组分递减的催化体系，逐步清晰活性组分与助剂、活性组分与活性组分间的协同作用。通过调节协同作用，实现提高催化剂氨氧化活性的目的。结合氨物种的吸附-活化过程和中间态-产物的生成过程，探讨协同作用对氨氧化反应的作用机制。主要研究内容和结果如下:
(1)采用不同制备方法分别合成Cu-Ce-Zr-SOL(溶胶凝胶法)，Cu-Ce-Zr-HP(共沉淀法)，Cu-Ce-Zr-IW(湿法浸渍)三元体系催化剂，系统研究CuO活性组分与助剂间协同作用对NH3-SCO的影响。结果表明，Cu-Ce-Zr-SOL催化剂中组分间协同作用促进了最多的高分散CuO和Cu-Ce-Zr固溶体，有利于NH3在Lewis酸性位的吸附和氨物种氧化中间态(NOx)的积累，促进催化活性的提升，NH3在230℃可实现完全转化，N2选择性90％以上。而Cu-Ce-Zr-HP和Cu-Ce-Zr-IW催化剂由于弱的NH3吸附能力、Brφnsted酸性位的限制以及较少的NOx中间态生成，降低了催化剂的活性。研究中还发现氧物种参与反应的形式与温度有关，低于220℃时，催化剂中表面氧物种的活性高于气态氧，优先与吸附态氨物种发生反应。而气态氧在高于220℃的温度区间能提高催化剂的氧化能力，同时促进N2的生成。
(2)为实现CuO-CeO2两组分间协同作用的可控性，首先采用牺牲模板法将CeO2组分定向且有序地引入CuO表面，并通过对局部水解反应的控制，调节CeO2对CuO的逐渐包裹，最终制备出拥有多孔道结构、清晰CuO-CeO2界面的CuO@CeO2核壳结构催化剂。研究显示，CuO-CeO2间的协同作用是以Cu-O-Ce的形式存在，改变制备条件可有效地控制Cu-O-Ce结构的生成。拥有最多Cu-O-Ce结构的CuO@CeO2-8催化剂表现出最佳催化活性和N2选择性，240。℃可将NH3完全转化，N2选择性达到90％以上。通过对CuO@CeO2催化剂中NH3吸附-活化过程的研究得出，Cu-O-Ce结构的形成有利于提升催化剂的NH3吸附能力，并将氨物种氧化成NO中间态，进而促进催化剂内部的SCR(iSCR)反应地进行。
(3)采用液相还原法合成Cu2O催化剂应用于NH3-SCO，并探究Cu2O表面重构与催化性能之间的关系。考察Cu2O在氨氧化反应中结构的演变过程可知，预处理温度直接影响Cu2O重构过程，有效地控制CuO层的形成，可获得结构稳定的单组分双活性位Cu2O-CuO混相结构催化剂。通过对Cu2O，CuO间协同作用的调节，促进催化剂的氨氧化性能。研究发现，Cu2O在反应气氛下经过250℃预处理后得到的Cu2O-250催化剂，其催化活性最佳，可在210℃将NH3完全转化，并具有88％以上N2选择性和较好的抗水性能。
(4)结合表面元素分析(XPS)、氨气程序升温(NH3-TPD)、原位漫反射红外(DRIFTs)技术以及密度泛函理论计算(DFT)，系统研究O2和NH3分子在处于不同重构阶段的Cu2O催化剂(Cu2O，Cu2O-CuO，CuO)表面的活化过程。结果发现，Cu2O催化剂表面只存在O2的分子吸附，而Cu2O-CuO混相结构表面对O2分子有强吸附作用的同时可将O2分子解离成O原子，且这种作用强于CuO催化剂。研究还发现Cu2O-CuO催化剂表面会生成稳定的双齿配位硝酸根物种(bi-NOx)，有助于促进低温区间的iSCR反应路径，提高低温活性和N2选择性。而Cu2O与CuO催化剂表面分别形成单齿(mono-NOx)和桥键(bridg-NOx)硝酸根物种，产生大量的NOx副产物，导致N2选择性降低。
(1)采用不同制备方法分别合成Cu-Ce-Zr-SOL(溶胶凝胶法)，Cu-Ce-Zr-HP(共沉淀法)，Cu-Ce-Zr-IW(湿法浸渍)三元体系催化剂，系统研究CuO活性组分与助剂间协同作用对NH3-SCO的影响。结果表明，Cu-Ce-Zr-SOL催化剂中组分间协同作用促进了最多的高分散CuO和Cu-Ce-Zr固溶体，有利于NH3在Lewis酸性位的吸附和氨物种氧化中间态(NOx)的积累，促进催化活性的提升，NH3在230℃可实现完全转化，N2选择性90％以上。而Cu-Ce-Zr-HP和Cu-Ce-Zr-IW催化剂由于弱的NH3吸附能力、Brφnsted酸性位的限制以及较少的NOx中间态生成，降低了催化剂的活性。研究中还发现氧物种参与反应的形式与温度有关，低于220℃时，催化剂中表面氧物种的活性高于气态氧，优先与吸附态氨物种发生反应。而气态氧在高于220℃的温度区间能提高催化剂的氧化能力，同时促进N2的生成。
(2)为实现CuO-CeO2两组分间协同作用的可控性，首先采用牺牲模板法将CeO2组分定向且有序地引入CuO表面，并通过对局部水解反应的控制，调节CeO2对CuO的逐渐包裹，最终制备出拥有多孔道结构、清晰CuO-CeO2界面的CuO@CeO2核壳结构催化剂。研究显示，CuO-CeO2间的协同作用是以Cu-O-Ce的形式存在，改变制备条件可有效地控制Cu-O-Ce结构的生成。拥有最多Cu-O-Ce结构的CuO@CeO2-8催化剂表现出最佳催化活性和N2选择性，240。℃可将NH3完全转化，N2选择性达到90％以上。通过对CuO@CeO2催化剂中NH3吸附-活化过程的研究得出，Cu-O-Ce结构的形成有利于提升催化剂的NH3吸附能力，并将氨物种氧化成NO中间态，进而促进催化剂内部的SCR(iSCR)反应地进行。
(3)采用液相还原法合成Cu2O催化剂应用于NH3-SCO，并探究Cu2O表面重构与催化性能之间的关系。考察Cu2O在氨氧化反应中结构的演变过程可知，预处理温度直接影响Cu2O重构过程，有效地控制CuO层的形成，可获得结构稳定的单组分双活性位Cu2O-CuO混相结构催化剂。通过对Cu2O，CuO间协同作用的调节，促进催化剂的氨氧化性能。研究发现，Cu2O在反应气氛下经过250℃预处理后得到的Cu2O-250催化剂，其催化活性最佳，可在210℃将NH3完全转化，并具有88％以上N2选择性和较好的抗水性能。
(4)结合表面元素分析(XPS)、氨气程序升温(NH3-TPD)、原位漫反射红外(DRIFTs)技术以及密度泛函理论计算(DFT)，系统研究O2和NH3分子在处于不同重构阶段的Cu2O催化剂(Cu2O，Cu2O-CuO，CuO)表面的活化过程。结果发现，Cu2O催化剂表面只存在O2的分子吸附，而Cu2O-CuO混相结构表面对O2分子有强吸附作用的同时可将O2分子解离成O原子，且这种作用强于CuO催化剂。研究还发现Cu2O-CuO催化剂表面会生成稳定的双齿配位硝酸根物种(bi-NOx)，有助于促进低温区间的iSCR反应路径，提高低温活性和N2选择性。而Cu2O与CuO催化剂表面分别形成单齿(mono-NOx)和桥键(bridg-NOx)硝酸根物种，产生大量的NOx副产物，导致N2选择性降低。