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随着中国社会经济的快速发展，能源危机和环境问题越来越突出。钙钛矿型催化剂因其优异的热稳定性和适中的催化燃烧活性，在煤层气脱氧、CO氧化和CH4燃烧等领域得到了广泛的关注。本文研究了LaCoO3钙钛矿在煤层气脱氧反应中的结构变化及其对反应性能的影响。在此基础上，通过控制钙钛矿的计量比在其表面原位生成金属氧化物，金属复合氧化物以及贵金属氧化物的纳米颗粒，并利用载体的限域效应，显著提高了催化剂对CH4燃烧和CO氧化的催化活性和热稳定性。取得了如下主要研究结果: (1)LaCoO3钙钛矿催化剂在煤层气脱氧中的结构变化及反应性能 采用共沉淀法制备出系列钙钛矿催化剂LaBO3(B=Fe，Co，Ni和Mn)，其中LaCoO3催化剂具有最高的脱氧活性和最宽的操作温度窗口，在400到720℃温度范围内O2可与CH4发生完全氧化反应达到脱氧的目的，同时没有任何其它副产物（CO、H2等）的生成，并且分别在400，500，600和660℃的温度下反应100h后，活性保持不变。表征结果证明，在反应过程中随着反应温度的升高，可在LaCoO3、La2CoO4和Co/La2O3之间可逆的转换。当Co物种以Co3O4，La2CoO4或者LaCoO3的形式存在时，煤层气脱氧反应遵循的是Mas-van Krevelen机理，CH4发生完全氧化生成CO2和H2O;当Co物种以金属态的形式存在时(Co/La2O3)，优先发生部分氧化，主要生成CO和H2。 (2)钙钛矿表面原位生长纳米MnOx催化剂及室温CO催化氧化 通过控制非计量比LaMnxO3±δ催化剂的组成，在钙钛矿表面选择性生长出纳米MnOx颗粒，由于MnOx与钙钛矿之间的相互作用，显著提高了MnOx的氧化还原性能以及晶格氧的流动性，从而表现出优异的CO氧化活性，其中LaMn13O3+δ催化剂上CO最低完全转化温度为10℃。同时，由于钙钛矿晶格的限域作用而使MnOx纳米颗粒具有高的分散性能和热稳定性，经850℃焙烧后，在反应温度为30℃时CO转化率仍超过80％。在反应过程中催化剂表面CO2的吸附、表面碳酸盐物种的累积以及水汽的存在，可导致催化剂失活，采用20％O2/N2混合气对失活催化剂在400℃下焙烧0.5h后，其活性即可完全恢复。 (3)钙钛矿表面原位生长纳米Cu-MnOx催化剂及低温CO催化氧化 在非计量比LaMn13O3+δ基础上，通过在B位引入Cu离子，可在钙钛矿成矿的同时在表面原位生成了纳米Cu-MnOx颗粒(Cu-MnOx/LMC)。Cu离子的引入增加了表面Mn4+和吸附氧的浓度，使得催化剂具有更高的氧化还原性能和氧的流动性，从而表现出优异的CO氧化活性，在-40℃下可实现CO的完全转化，同时催化剂的稳定性显著提高。机理研究表明，Cu-MnOx/LMC催化剂上CO氧化同时存在Mars-van krevelen机理和Langmuir-Hinshelwood机理，其中以Langmuir-Hinshelwood机理为主。表面碳酸盐是CO氧化的中间产物，在反应过程中表面表面碳酸盐物种的累积以及水汽的存在，可导致催化剂失活，经20％O2/N2混合气中400℃处理后，催化剂的活性可完全恢复。 (4)非计量比LaAlPd0.1O3表面原位生长高稳定性的PdO纳米颗粒及反应性能 采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备化学计量比LaAl0.9Pd0.1O3和非化学计量比LaAlPd01O3催化剂，其中对于LaAlPd0.1O3，在钙钛矿成矿过程中（焙烧温度＞850℃）B位的Pd离子从其结构中析出，在表面形成了高分散的PdO纳米颗粒，显著提高了催化剂的氧化还原性能以及晶格氧的流动性。同时PdO纳米颗粒与LaAlO3钙钛矿之间的晶格匹配导致二者之间的相互作用加强，增强了催化剂的热稳定性。LaAlPd0.1O3-1000催化剂在CH4催化燃烧和CO氧化中具有优异的性能，CH4最低完全转化温度为400℃，CO最低全传温度为170℃，与LaAl09Pd01O3相比分别降低了195℃和60℃。同时经1000℃老化100h后，其CH4催化燃烧活性仍可保持。通过DFT计算发现，LaAlO3的刚性结构使其可限制表面PdO颗粒的移动，从而提高纳米颗粒的热稳定性。