氨气选择性催化还原（NH₃ SCR）是目前机动车尾气脱硝（NO_x）最有效的手段之一,其核心是高性能SCR催化剂的开发。铜基菱沸石型小孔分子筛（Cu/SAPO-34和Cu/SSZ-13）自2009年进入科学家的视野,因其高活性、宽温度窗口和高N₂选择性,迅速替代传统的中孔分子筛而被大量研究,并作为新一代柴油车脱硝催化剂成功实现商业化应用。与Cu/SSZ-13相比,Cu/SAPO-34因具有较大的成本优势而受到广泛的关注。然而,当Cu/SAPO-34催化剂长时间暴露于低温/高温水热环境中时,骨架中的Si-O-Al键会水解,引起催化剂的结构坍塌、活性位减少,最终丧失活性。在实际应用中,如何提高Cu/SAPO-34催化剂的结构稳定性是急需攻克的技术难题。本文基于Cu/SAPO-34催化剂水热老化失活机理,以Si元素在Cu/SAPO-34晶体中的浓度分布为研究主线,探索定向控制Cu/SAPO-34晶粒尺寸和Cu/SAPO-34表面Si元素浓度的合成方法,并在此基础之上提出Cu/SAPO-34催化剂结构稳定性的改善机制。本研究通过“晶种法”调控Cu/SAPO-34的晶粒尺寸,合成了一系列粒径分布为1-13μm的Cu/SAPO-34催化剂;还使用“二次晶化法”调控Cu/SAPO-34催化剂表层的Si含量,合成了壳层Si含量不同的核壳结构Cu/SAPO-34催化剂。考察了Cu/SAPO-34催化剂的晶粒尺寸对其低温水热稳定性的影响。发现当Cu/SAPO-34催化剂的晶粒尺寸减小时,其低温水热稳定性显著提高。这是因为当Cu/SAPO-34晶粒的尺寸增大时,其表面的Si（Si-O-Al键）含量也随之增加,造成大粒径Cu/SAPO-34更容易受到H₂O的进攻而水解。此外,本研究还从结晶动力学的角度讨论了Cu/SAPO-34的晶粒尺寸与晶粒中Si浓度分布的内在关联。考察了Cu/SAPO-34催化剂的晶粒尺寸对其高温水热稳定性的影响。发现Cu/SAPO-34催化剂的高温水热稳定性也随晶粒尺寸的减小而提高。并以此为基础对Cu/SAPO-34催化剂的高温失活机理进行了深入讨论。最后对核壳Cu/SAPO-34催化剂的结构稳定性进行了考察。通过“二次晶化法”在普通的Cu/SAPO-34晶粒外包覆一层低Si浓度的Cu/SAPO-34,形成一层保护层,能够缓解H₂O分子对催化剂表面Si-O-Al键的进攻。经过表面修饰的Cu/SAPO-34催化剂在保持较高NH₃ SCR活性的同时,结构稳定性也得到了提高。