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随着经济社会的不断发展,氮氧化物和重金属污染物仍是火力发电、垃圾焚烧、金属冶炼、水泥工业、玻璃工业等领域烟气治理的重要课题。选择性催化还原（SCR）技术是目前应用最广的固定源氮氧化物控制技术,催化剂是该技术的核心。在SCR系统内,重金属污染物与商业钒钛基SCR催化剂之间发生着长期的接触与相互作用。一方面,重金属在催化剂表面的沉积显著影响了催化剂表面的物理化学性质和催化活性;另一方面,SCR催化剂也反过来对重金属的迁移与形态转化产生着影响。因此,为保障SCR系统的安全稳定运行,并通过进一步改性调控重金属在SCR系统内的迁移、转化与释放行为从而提升对重金属的协同控制能力,亟待深入考察“重金属-催化剂”间的相互作用。然而,现阶段针对Hg、As、Se、Pb等典型重金属污染物的研究主要集中在重金属中毒机理的实验研究。为此,本文基于量子化学中的密度泛函理论,针对Hg、As、Se、Pb四种典型重金属的不同化学性质、不同研究现状、对催化剂的不同影响,详细开展了重金属污染物与钒钛基SCR脱硝催化剂的相互作用机理研究。针对助剂掺杂对钒钛基SCR催化剂催化氧化Hg0的影响,首先在梳理商业钒钛基SCR催化剂理论模型的基础上,采用目前使用最广泛、最贴合实际情况的V2O5/TiO2（001）周期性理论模型,并通过原子替换的方法得到了考虑助剂掺杂的V2O5-WO3/TiO2（001）表面模型。WO3的掺杂可以促进催化剂表面的电荷转移,从而增强催化剂的反应活性。此外,对不同Hg物种在V2O5/TiO2（001）和V2O5-WO3/TiO2（001）表面模型上的吸附机理进行了探讨,Hg0在催化剂表面发生物理吸附,HCl、HgCl、HgCl2则发生化学吸附。最后,详细计算了V2O5/TiO2（001）表面和V2O5-WO3/TiO2（001）表面上Hg0的催化氧化路径及对应的能垒,V2O5/TiO2（001）表面Hg0催化氧化的决速步为HgCl2的生成过程,在V2O5-WO3/TiO2（001）表面WO3的掺杂降低了催化反应能垒,增强了钒钛体系SCR脱硝催化剂对Hg0的催化氧化能力。通过对比分析两种模型上的反应机理,揭示了商业SCR脱硝催化剂中的助剂WO3对燃煤烟气中Hg0脱除的促进作用。针对As2O3在迁移转化过程中对钒钛基催化剂表面物种的影响,首先计算了As2O3的吸附以及向As2O5的迁移转化机理。As2O3的吸附属于化学吸附,与催化剂表面之间存在着电荷转移并在As、V、O之间形成化学键。As2O3吸附后,NH3在Lewis和Br?nsted酸位上的吸附强度降低,并且As2O3对Lewis酸位的抑制作用更强。As2O3在氧化过程中会破坏催化剂表面的Lewis酸位点（V=O）,同时降低钒元素的价态,从而导致催化剂的中毒失活。分析催化剂表面As2O3的转化路径可知,As2O3会在催化剂表面转化为As2O5,同时V2O5更倾向于转化为V2O4。考虑到不同助剂的掺杂效应,进一步构建了V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2两种周期性模型研究助剂掺杂的影响机理。MoO3掺杂后与As2O3之间的电荷转移更强,因此一定程度上提升了催化剂的氧化还原活性。在V2O5-WO3/TiO2催化剂表面,WO3与As2O3之间的反应活性低于V2O5;而在V2O5-MoO3/TiO2催化剂表面As2O3会优先与活性更高的MoO3反应,从而起到了保护活性组分V2O5的作用。因此,MoO3的掺杂可提供更好的抗砷中毒作用。针对现阶段有关Se物种对SCR催化剂表面电子结构的影响机理认识不深的问题,考察了 Se物种在钒钛基催化剂表面的吸附机理,随后从电荷转移、成键情况、V=O位点活性等方面考察Se物种对催化剂微观电子结构的影响。Se单质的吸附属于化学吸附,SeO2则既可发生物理吸附也可发生化学吸附。Se物种的化学吸附会与催化剂之间发生明显的电荷转移并形成Se-O化学键,导致Se0、SeO2与催化剂表面组分反应形成VxSeyOz、WxSeyOz、MoxSeyOz等化合物,从而破坏了催化剂表面的活性位点、降低了催化剂的SCR反应活性。通过研究Se物种吸附能与d带中心、电荷转移量、Se-O成键强度之间的相关关系,初步得到了描述Se物种吸附过程的描述符,可以较好地揭示电子结构与吸附能之间的关系。最后结合热力学分析考察温度对Se物种吸附的影响,发现Se物种的吸附在500K以下才可自发进行,在高温时吸附受到抑制。针对现阶段有关Pb物种对SCR催化剂表面电子结构以及NH3物种吸附、活化过程的影响机理认识不深的问题,考察了 Pb0、PbO和PbCl2在钒钛基催化剂表面的吸附机理,并通过对催化剂表面电子结构的考察,深入研究了 Pb物种与催化剂的相互作用。Pb物种在钒钛基催化剂表面的吸附属于化学吸附,与催化剂表面之间发生了明显的电荷转移,且电荷转移量越大Pb物种吸附越稳定。Pb物种吸附后,与催化剂表面的V=O活性位点之间存在着很强的相互作用并形成Pb-O化学键,显著改变了V=O位点的电子结构,阻碍了催化剂表面NH3等物种的吸附与活化,从而抑制了催化剂的SCR反应活性。Pb物种的吸附在500K以下才可自发进行,高温时吸附被抑制。此外,通过研究催化剂表面NH3物种的吸附及活化,发现Pb物种显著抑制了钒钛基SCR催化剂表面NH3物种的活化过程,从而对SCR反应带来不利影响。