SCR脫硝金屬氧化物催化劑研究進展

王 昕，張金山，汪 瀾

(中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024)

0 引 言

氮氧化物(NOx)是一種常規大氣污染物，對人類健康和生態環境有較大危害[1]。我國NOx排放主要來源于燃煤鍋爐和機動車尾氣排放等。選擇性催化還原(selective catalytic reduction, SCR)技術是降低NOx污染物的有效途徑，即可通過催化作用將煙氣中NOx與還原劑反應(NH3-SCR)生成N2和H2O，從而減少或消除NOx對大氣環境的污染。SCR技術最早于1957年由美國Engelhard公司研發成功，并于1979年由日本首先實現了工業化應用。目前，我國通過引進、學習與創新，已經完全掌握了傳統催化劑材料的生產技術，形成了一系列具有自主知識產權的專利技術，并且在電力、鋼鐵、建材等工業領域全面推廣應用SCR技術，為工業鍋爐(窯爐)NOx排放控制提供了強有力的技術支撐。

脫硝催化劑是SCR技術的核心。近十幾年來，催化劑理論及應用多方面的研究不斷開展深入，包括中低溫催化反應機理及新型催化劑材料等。新型催化劑材料可分為貴金屬類、分子篩類和金屬氧化物類。其中：貴金屬催化劑成本較高，大多用于煙氣中低濃度的非常規污染物的削減；分子篩催化劑孔徑狹窄，擴散阻力大，目前多用于機車尾氣凈化；金屬氧化物催化劑由于原料來源廣泛，制備簡單，脫硝效率穩定,可廣泛應用于工業鍋爐(窯爐)煙氣脫硝。金屬氧化物催化劑以釩基為主，由釩-鎢-鈦(V2O5-WO3/TiO2)構成催化劑的活性組分，其工作溫度在200～450 ℃，脫硝效率可達到90%以上。雖然釩基催化劑中V2O5的摻量相對較低，但仍有可能對生態環境和人身健康造成不良影響；另外，釩基催化劑的工作溫度相對較高，不能適應低溫、復雜煙氣脫硝的工況條件。因而，研究開發寬溫、復雜煙氣工況條件下經濟高效、環境友好的脫硝催化劑，尤其是金屬氧化物催化劑[2]，已成為當前工業鍋爐(窯爐)煙氣高效脫硝領域的重要課題。

本文總結了國內外煙氣脫硝SCR金屬氧化物催化劑研究進展，以期為工業鍋爐(窯爐)煙氣金屬氧化物催化劑脫硝技術進一步研發提供借鑒。

1 NH3-SCR反應機制

NH3-SCR反應機理主要有兩種理論：1)Eley-Rideal(E-R)機理。該理論認為在SCR反應中NH3先吸附在催化劑表面形成活性中間產物(吸附態NH3)，再與氣相中的NOx反應。即，氣態NH3和O2首先吸附在催化劑表面酸性位上形成配位態的NH3和O，配位態的NH3被氧化成NH2和OH,并與氣態的NO反應生成中間產物NH2NO，最終分解為N2和H2O，如式(1)～(4)所示[3]；同時，高價氧化還原位點會被還原為低價位點，并被再次氧化，完成一次氧化還原循環[4]。

(1)

(2)

(3)

(4)

圖1 SCR 反應路徑示意圖[4]Fig.1 Schematic diagram of SCR reaction path[4]

2)Langmuir-Hinshelwood(L-H)機理。該理論認為在SCR反應中NH3和NOx均被吸附在催化劑表面，形成吸附態活性中間產物，相鄰活性中心的吸附態NH3和吸附態NOx反應生成N2和H2O。即，氣態NH3和O2首先吸附在催化劑表面Lewis酸性位形成配位態的NH3和O，氣態的NO被氧化為NO2，并與NH3和H+反應生成中間產物NH4NO2，最終分解為N2和H2O，反應過程如式(5)～(9)所示[3]；同時，高價氧化還原位點會被還原為低價位點，隨后被氧化進而完成一次氧化還原循環(如圖1所示)[4-5]。

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Yuan等[6]研究認為，儲氧能力強的催化劑氧化還原起主導作用，屬于L-H機理，低溫下可進行NH3-SCR反應。還有一些研究者[7]認為，多數金屬氧化物催化劑低溫下SCR反應遵循L-H機理，高溫下遵循E-R機理。這主要是由于L-H機理主要是兩種吸附分子之間進行反應，具有更低的活化能，因而低溫時比E-R機理更容易發生[8]。此外，考慮到煙氣催化反應較為復雜，還有研究者認為SCR反應中E-R機理和L-H機理可能同時存在。Qi等[9]研究發現，低溫下MnOx-CeO2催化反應E-R機理和H-L機理共存，即氣相NH3首先吸附到催化劑上形成配位態NH3和NH2，同時NO也吸附到催化劑表面氧化成硝酸或亞硝酸基團，NH2和吸附態的NO 反應生成NH2NO，最后分解為N2和H2O。此外，Cao等[10]認為活性組分不同，反應機理存在比較大的差異。例如：Fe-Mn-Ce/γ-Al2O3催化反應主要遵循E-R機理，NH3首先吸附在Lewis酸性位上，然后分解成NH2和H+,并與NO反應生成中間產物NH2NO，最后分解為N2和H2O；而Ag-Mn-Ce/γ-Al2O3催化反應遵循L-H 機理，NO首先吸附在催化劑表面并形成不穩定的硝酸鹽或亞硝酸鹽，然后與吸附態的NH3反應，最后生成N2和H2O。

以上分析表明，催化劑的氧化還原能力及其表面酸性是影響催化劑脫硝性能的關鍵因素。催化劑氧化還原能力的提升可促進反應物分子活化，有利于加快SCR反應進行；而表面酸性的增強可維持反應物充足的吸附點位，提高參與反應的分子數量。此外，高溫下催化劑表面酸性決定了SCR反應活性，而低溫下催化劑表面氧化還原性對SCR反應活性起決定作用。催化劑氧化還原活性主要由金屬氧化物的高低價態循環及氧空位形成的難易來調節，而酸性位活性則與過渡金屬空軌道及表面得失電子能力相關[11]。

可見，提高催化劑氧化還原能力和改變催化劑表面的酸性位數量、性質或強度，能促進催化劑表面NH3吸附和氧化脫氫活化，加寬反應工作溫度，增強催化劑催化活性。低溫條件下催化劑氧化還原能力不足，可通過摻加CeO2、MnO2等提高氧化還原能力；高溫反應時催化劑酸性不足，可通過摻加酸性物質提高催化劑酸性[8]。總之，適宜表面酸性和氧化還原能力是高活性SCR脫硝催化劑的設計關鍵與基礎[13]。

2 SCR脫硝催化劑

金屬氧化物催化劑在工業鍋爐(窯爐)煙氣脫硝研究中應用相對較多，按活性組分不同分為釩基催化劑、錳基催化劑、鈰基催化劑、鐵基催化劑等。

2.1 釩基催化劑

圖2 V2O5/TiO2催化劑的SCR反應歷程[19]Fig.2 SCR reaction process of V2O5/TiO2 catalyst[19]

目前，釩基催化劑(V2O5-WO3(MoO3)/TiO2)在我國電力等行業應用最為廣泛，工作溫度窗口在300～420 ℃。但是，釩基催化劑中V有毒性，廢棄的催化劑應進行回收處理。此外，釩基催化劑的中低溫反應活性還有待提高。

2.2 錳基催化劑

錳基催化劑具有較多的可變價態和強氧化還原能力，表現出良好的低溫催化活性[27]，目前大多研究認為錳基催化劑SCR反應中E-R機理和L-H機理共存，也有研究認為Mn2-Ni3、Mn-Sm復合催化劑等主要遵循E-R機理，而Mn/γ-Al2O3和Mn-Ce復合催化劑等主要遵循L-H機理。在L-H機理中，M-NO2(M=Ce，Ti，Zr)硝酸鹽化合物、單硝酸鹽和橋聯硝酸鹽是關鍵的中間體;在E-R機理中，表面酸性和還原性促進了NH3吸附和活化，有利于與氣相NOx反應，提高NH3-SCR高溫反應活性[28]。此外，MnOx價態對催化活性有較大影響，錳價態越高其氧化性越大，活性順序為:MnO2>Mn5O8>Mn2O3>Mn3O4>MnO。高價錳Mn4+可明顯促進NH3和O2在催化劑表面上吸附，使催化劑表面富含大量的氧空位和吸附態氧，改善催化劑比表面積，并使活性位點分散。研究[29]表明，Mn2O3在120～150 ℃脫硝效果最佳，Mn3O4在150～200 ℃脫硝效果最佳，MnOx/TiO2型催化劑在200～250 ℃內脫硝效率可達90%。此外，MnOx晶型和晶面對SCR反應效率也有較大影響，其中，γ-MnO2和α-MnO2擁有更強的還原性、表面酸性和化學吸附氧能力，且α-MnO2中錳原子的配位不飽和環境使其擁有更多的Lewis酸位點、更弱的錳氧鍵和有效的隧道結構，較有利于NH3和NOx活化，SCR反應活性順序為：γ-MnO2>α-MnO2>δ-MnO2>β-MnO2；催化劑載體不同，SCR反應活性也存在差異，其順序為：MnOx/γ-Al2O3>MnOx/CeO2>MnOx/TiO2>MnOx/SiO2[30]。另一方面，單一組分MnOx催化劑存在選擇性差、抗硫性能較差和操作溫度窗口狹窄、易團聚燒結等缺陷，且抗H2O和抗SO2性能也較弱。

對于多元金屬氧化物錳基復合催化劑性能及其機理，Pena等[34-35]進行了研究比較，認為M/TiO2(M=Mn,Cr,Cu)和 Fe-Mn-Ce/γ-Al2O3兩種錳基催化劑SCR反應均遵循E-R機理，即NH3首先吸附在催化劑表面 Lewis酸性位上，均與氣態NOx發生反應并最終分解生成N2和H2O。催化劑中Co摻雜會引起活性組分表面電子失衡，并產生不飽和的軌道，有助于晶格氧形成，150 ℃時Mn-Co-Ce/TiO2催化劑NOx轉化率可達99%。陳利強[36]對低溫錳基催化劑性能進行了系統研究，認為催化劑Co0.2Ce0.35Mn0.45Ti10和Co0.2Mn0.8Ti10在高于210 ℃時反應遵守E-R機理，而低于210 ℃時遵守L-H機理；Ni、Co和 Ce 對錳基催化劑的氧化還原能力和表面酸性有很好的調變作用；Co的摻雜增強了Br?nsted酸性位，有利于NH3吸附和轉移；而Ce的摻雜有利于增強Lewis酸性位，拓寬催化劑工作溫度窗口,提高抗水抗硫中毒性能。Hu等[37]對不同多組分金屬氧化物復合錳基改良催化劑MnOx-MOy/Ce0.75Zr0.25O2(M=Fe，Co，Ni，Cu)進行研究比較，認為MnOx-FeOy/Ce0.75Zr0.25O2具有優異的低溫活性和較寬的工作溫度窗口，尤其是Fe的加入提高了NO2和橋式硝酸鹽的反應活性。

為了進一步提升錳基催化劑催化活性和抗硫中毒能力，近些年在錳基催化劑結構形貌設計(如核-殼、空心、介微孔等結構)方面也有大量研究工作。研究[38]表明，納米棒狀α-MnO2包裹CeO2外殼的核殼結構α-MnO2@CeO2催化劑比單純α-MnO2納米棒催化劑活性提高80%；而MnOx@TiO2納米材料具有明顯的核殼結構，具有較多的中孔和Lewis酸性位及較高的氧化還原能力，使催化劑具有較高催化活性，130 ℃時NOx轉化率可達100%；Ce@Mn@TiOx多層殼式結構催化劑可彌補單層殼Ce@MnOx表面酸性不足，降低H2O和SO2的影響[39]；中空結構催化劑MnCoOx可保護內表面活性位點，增強催化劑酸性位的強度，使硫酸鹽難以成塊狀結構沉積在催化劑表面[40]；三維有序大孔結構錳基催化劑不但可提供更多酸性位，而且還可提高活性組分分散程度，有效阻止活性組分硫化現象[41]。

錳基催化劑對N2選擇性以及抗水抗硫等性能仍有待提高，如何實現錳基低溫催化劑商業化應用等問題亟待解決，進一步提升錳基低溫催化劑整體催化能力仍是未來重點研究方向。

2.3 鈰基催化劑

鈰(Ce)基催化劑具有較好的儲氧能力和快速的電子轉移特性，是低溫脫硝領域的研究熱點之一。目前多數研究認為，Ce基催化劑SCR反應中E-R機理和L-H機理共存，但低溫反應時主要遵循L-H機理，高溫反應時主要遵循E-R機理，這主要是由于L-H機理比E-R機理活化能更低，低溫時L-H 機理反應更容易進行[8]。在Ce 基催化劑CeO2晶體結構中未被占據的八面體空隙為氧在晶體內遷移提供了通道，促進了氧在晶體內遷移。Ce的4f電子軌道結構具有獨特氧化還原性能，缺氧時Ce4+向Ce3+轉變可釋放氧氣形成氧空位，極易吸收氧分子，富氧時Ce3+也會向Ce4+轉變(如圖3所示)[11，42]。同時，Ce3+的存在使電荷不平衡，導致氧空位以及不飽和化學鍵的形成，催化劑表面產生了更多化學吸附氧或較弱的吸附氧，因而促進了NH3-SCR反應進行。CeO2還具有一定的表面酸性，有利于反應物的吸附和活化。

圖3 CeO2晶體結構示意圖[11]Fig.3 Schematic diagram of CeO2 crystal structure[11]

研究表明，CeO2與MnOx、SbOx、SnO等過渡金屬、稀土金屬或非金屬元素氧化物復合可表現出較佳的催化性能。由于Lewis酸性位是低溫催化劑主要活性位點[12]，多數研究主要圍繞增強Ce基催化劑表面酸性、表面酸性位數量等展開。其中，CeO2-MnOx復合催化劑是研究關注的焦點。當Mn與Ce協同作用時，可增加酸性位數量和儲釋氧能力；且n(Mn)/n(Mn+Ce)摩爾比為0.4時催化反應活性最佳，在低溫150 ℃、空速42 000 h-1條件下NOx轉化率為95%[43]。Chitpakdee等[44]研究還發現，Ru的摻雜可改變Ce基催化劑表面電荷性，促進表面Lewis酸性位的形成，增強NH3吸附能力，提高脫硝活性。Gao等[45]利用Cu、Co、Cr等多種過渡金屬元素和金屬元素對CeO2-MnO2催化劑活性進行改良，活性順序為：Sn>Fe>Mg>Cu>Co>Ni>Cr。其中,CeO2-MnOx催化劑中摻入Sn，不但顯著增加了氧空位濃度和氧化還原能力，提高了SCR反應活性，而且還可增強了催化劑表面酸性，提高了NH3吸附能力，有利于催化劑低溫反應性能。

Mn-Ce/Ti復合摻雜可顯著提升Ce基催化劑效果，并在抗硫性能等方面具有獨特性能，因而Mn-Ce/Ti復合催化劑及改良引起越來越多的關注。研究[46]指出，Mn-Ce/Ti復合催化劑提供了Mn4++Ce3+←→Mn3++Ti4+雙重氧化還原循環，顯著促進了電子轉移以及NO/NH3吸附/活化，增強了催化劑氧化還原能力，在SCR反應中起到了關鍵作用。在SCR反應中Ti/Ce催化劑反應機制主要遵循L-H機理，吸附態的NH3與吸附態的NO2反應，最終生成 N2和H2O。而Mn或Sm摻雜Ti/Ce 催化劑后在反應溫度低于250 ℃時主要遵循 L-H機理；溫度高于250 ℃時會形成更多的NH2，部分吸附態的NH3首先轉化為NH2，然后與氣態NOx反應生成NH2NO，反應機理如圖4所示[47]。Mn-Ce/Ti催化劑中Sn元素的摻雜可進一步提高催化劑N2選擇性，250 ℃時N2O生成量顯著減少。當n(Sn)/n(Sn+Mn+Ce)摩爾比為0.1時，在反應溫度80～230 ℃條件下NOx轉化率可達100%。Fe元素的引入可阻止金屬硫酸鹽的生成，抑制(NH4)2SO4和NH4HSO4沉積，從而提高催化劑抗硫性能；還可提高活性組分分散程度和氧化狀態，有利于NO轉化。因而，Mn-Ce/Ti催化劑中摻雜Fe可使Fe-Mn-Ce/TiO2催化劑抗水抗硫性能和脫硝活性明顯提高。當n(Fe)/n(Ti)摩爾比為0.1時，Fe-Mn-Ce/TiO2催化劑脫硝活性最佳，在煙氣溫度為180 ℃、空速為50 000 h-1條件下，催化劑脫硝效率達96.8%[48]。朱少文等[49]對Co和Fe摻雜Mn-Ce/TiO2催化劑脫硝催化性能進行研究比較，結果表明，摻雜Co和Fe均可提高Mn-Ce/TiO2催化劑脫硝效率，且n(Co)/n(Fe)摩爾比為2時催化劑脫硝活性最佳。Mn-Ce/TiO2催化劑中添加Ni、Co元素不但可提高催化劑的抗硫性能，而且還可增強催化劑氧化還原能力，提高催化劑脫硝效率[50]。

圖4 Mn-Ce/Ti催化劑反應機理[47]Fig.4 Reaction mechanism of Mn-Ce/Ti catalyst[47]

為了進一步提升Ce基催化劑催化活性及抗水抗硫中毒能力，近些年在催化劑形貌及其載體結構設計等方面也有大量研究。結果表明：碳納米管(carbon nano tubes, CNTs)負載MnOx和CeO2納米顆粒涂覆在中孔TiO2層制成的核-殼結構催化劑(meso-TiO2@MnOx-CeO2/CNTs)具有高活性和穩定性及良好的抗硫性能[54]；多孔核殼結構納米材料CeO2@TiO2特殊的孔結構和較高的比表面積可增強活性位點和反應物接觸及相互作用，具有良好的穩定性、較高的N2選擇性以及較高的SCR活性，抗水抗硫性能優越，280～460 ℃時NOx轉化率為100%[55]。

目前，Ce基催化劑研究多數仍處于實驗室研究階段。Ce基催化劑具有優異的SCR反應活性，但其抗水抗硫能力仍需進一步加強。深入探討Ce基催化劑中毒失活機理以及Ce基催化劑工業化成型制備等，仍是今后Ce基催化劑的研究重點。同時，稀土元素Ce和La少量摻雜的催化劑反應活性提升遠好于其作為活性主體的催化劑，因而從儲量和經濟性角度出發研究考慮Ce基催化劑的推廣應用也是可持續的發展方向[56]。

2.4 鐵基催化劑

圖5 γ-Fe2O3晶體模型[57]Fig.5 Model of γ-Fe2O3 crystal[57]

鐵基催化劑具有價格低廉、環境友好、氧化還原能力強、中低溫脫硝活性良好等特點。早在20世紀80年代初，就有鐵基脫硝催化劑(Fe2O3-TiO2)的研究報道。關于鐵基催化劑SCR反應機理，多數研究工作認為催化體系中E-R機理和L-H機理共存，但隨溫度變化主次關系會發生變化，即低溫(<200 ℃)時以L-H機理為主，吸附在Lewis酸性位上的NH3起主要作用；高溫(>200 ℃)時以E-R機理為主，吸附在Br?nsted酸性位上的NH3起主要作用。Fe2O3是鐵基催化劑主要活性組分，獨特的電子軌道結構易于接受NO孤對電子，自身結構存在多種缺陷位，有利于氧空位的產生；同時，Fe2+與Fe3+間相互轉換可形成不穩定的氧空位和流動性良好的晶格氧，有利于促進催化反應進行。Fe2O3晶型結構中只有α-Fe2O3和γ-Fe2O3具有催化活性。其中：α-Fe2O3具有高的熱穩定性；γ-Fe2O3低溫活性較強(晶體結構如圖5所示[57]),且其(001)晶面活性最強，但溫度高于300 ℃時γ-Fe2O3會向α-Fe2O3轉換，催化活性下降。此外，在多種鐵礦石煅燒制備的不同鐵基催化劑中，錳鐵礦中Mn、Fe、A1等金屬氧化物協同作用，表現出較好的SCR脫硝性能[58]。

Fe2O3雖然具有優異的氧化還原能力，但表面酸性較弱，可與W、Mo、Nb、Co、Mg、Ce等過渡金屬、稀土金屬復合，改善催化劑氧化還原性以及表面酸性，獲得較高的催化活性。其中，催化劑體系中WO3的引入可有效抑制NH3非選擇氧化，增加催化劑表面Lewis酸性位，促進NH3的吸附和活化,通過W—O—Fe鍵的誘導效應，增強了催化劑表面氧化能力，有利于NH3脫氫或活化，并提高催化劑N2選擇性[8]。還有研究[59]表明，WO3的引入改變了Fe2O3電子環境，誘導Fe3O4(Fe2+)和表面活性氧物種的形成，Fe2O3-WO3催化劑在225～500 ℃時NOx去除效率接近100%，并表現出良好的N2選擇性；而MnOx的摻雜還可進一步增強催化劑的低溫活性和N2選擇性。關于不同陽離子(M=Ti4+，Ce4+/3+，Al3+)對鐵基催化劑結構和還原性的影響，Sun等[60]認為Fe-O-Ti是鐵鈦催化劑主要活性中心，可誘導Ti4+與Fe3+相互作用，提高表面氧化物和Fe2+比例，增強催化劑氧化還原性和表面酸性，Ti4+能較好地調控Fe2O3氧化還原性和表面酸性，Fe-Ti催化劑催化性能優于Fe-Ce和Fe-Al催化劑。

鐵鈦催化劑中Ce的引入可使催化劑具有較好的低溫活性，180～270 ℃時脫硝效率可穩定在90%以上。研究發現：NH3主要吸附在γ-Fe2O3表面Lewis酸性位上進行脫氫反應；Ce的摻雜引入了新的Lewis酸性位，NH3吸附在 Ce離子上獲得更強的吸附能，并增加表面Lewis酸性位的數目，以促進NH3的吸附以及硝酸鹽的生成和氧空位的產生；通過氧化還原循環Fe2++Ce4+←→Fe3++Ce3+，還可增強催化劑反應氧化還原能力，提高催化劑低溫SCR反應活性和抗硫中毒能力；但過量的Ce摻雜會抑制SCR反應[57]。Ti與Fe、Ce元素相互作用可細化催化劑孔徑，增大孔體積和比表面積，提高活性組分的分散程度，促進表面Lewis酸性位形成，增強催化劑低溫反應活性。Liu等[61]對不同金屬氧化物摻雜鐵鈦催化劑FeαM1-αTiOx(M=La，Ce，Pr，In，Mn)催化性能進行研究比較，結果表明，Mn摻雜鐵鈦催化劑活性最佳，使催化劑可獲得較大的表面積和較強的氧化能力、較大的晶格氧遷移率以及合適比例的Br?nsted酸性位和Lewis酸性位,在175 ℃和空速50 000 h-1條件下,Fe0.5Mn0.5TiOx催化劑可實現NOx完全轉化。Fang等[62]利用共浸漬法合成鐵錳鋯催化劑，Fe2O3和MnOx提供了大量的Br?nsted酸性位和Lewis酸性位，提高了SCR反應活性，催化劑在200～360 ℃時脫硝效率可達100%。

為了進一步提升鐵基催化劑催化活性和抗硫中毒能力，研究者在鐵基催化劑形貌結構等方面進行了大量研究。納米棒結構的α-Fe2O3催化劑比納米立方體結構有更高的氧化還原能力；以聚甲基丙烯酸甲酯納米球為硬模板制成的三維有序大孔Fe-V催化劑比表面積明顯大于無孔Fe-V催化劑，其較多的活性位點提高了催化劑低溫反應活性[63]；二維層狀雙氧化物結構的復合催化劑(MnFeCoOx)在100 ℃、煙氣含SO2和H2O條件下催化活性仍可維持在80%以上，表現出優異的低溫活性和抗水抗硫性能[64]。Chen等[65]以層狀雙氫氧化物為前驅體煅燒得到新型高活性耐硫的低溫催化劑MnFe0.25Al0.75Ox，比傳統Mn-Fe/γ-Al2O3催化劑在較寬的溫度窗口(80～250 ℃)有更好的性能。

目前，Fe2O3作為載體或助劑在分子篩催化劑(如Fe-ZSM-5)、碳基催化劑等中有所應用。鐵基低溫脫硝催化劑抗水抗硫中毒能力不足，鐵基催化劑活性與抗中毒能力及其穩定性仍有待進一步提高。

3 結語與展望

1)SCR脫硝技術為工業鍋爐(窯爐)氮氧化物排放控制提供了有效技術途徑，釩基、錳基、鈰基和鐵基金屬氧化物催化劑得到了廣泛關注，高活性中低溫催化劑成為今后研究發展的重要方向。

2)釩基催化劑工業化應用相對成熟，但其低溫反應活性不足；錳基、鈰基和鐵基催化劑均具有良好的中低溫活性，但其抗水抗硫等性能有待提高。通過與過渡金屬氧化物、稀土金屬元素等復摻，以及納米材料的應用與改良，可改善催化劑表面酸性，增強氧化還原能力和活性位點，優化形貌結構，從而提高催化劑活性以及抗水抗硫能力。

3)目前人們在金屬氧化物催化劑方面開展了廣泛而深入的研究，但多數研究主要基于實驗室研究和理論計算,而實際工業鍋爐(窯爐)煙氣較實驗室模擬煙氣更為復雜，SCR反應快且復雜，復雜煙氣工況條件下SCR反應機理以及催化劑抗中毒能力仍有待深入研究。這不但需要更加深入的催化反應機理研究，還需要基于實際應用工況條件下新型催化劑材料的創新研究，并對催化劑效能的長期有效性和穩定性進行評估。國家重點研發計劃“非電行業復雜工況煙氣深度凈化稀土脫硝催化劑研發及應用”的立項和啟動對進一步解析催化反應機理，研發新型、高效催化劑起到了極大的推動作用，進而為工業鍋爐(窯爐)煙氣氮氧化物減排提供強有力的技術支撐。