挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是一类主要的大气环境污染物，给人身健康带来严重威胁。目前用于消除VOCs的方法主要有物理法和化学法，存在容易引起二次污染和耗能多等问题。催化氧化法是目前公认的最有效消除VOCs的手段之一，其中高活性催化剂的研发是实现这一过程的关键。基于我国特别是北京市严格控制VOCs排放的重大要求以及开发新型高效大气污染控制技术的迫切需求，开展新型高效催化材料的优化设计、可控制备、催化性能评价及构效关系探讨具有重要的学术价值和实用价值。　　 众所周知，类钙钛矿型氧化物(A2BO4)和钙钛矿型氧化物(ABO3)对VOCs完全氧化反应表现出优异的性能，这与A2BO4和ABO3的非化学计量氧性质及含量、比表面积、氧化还原能力、晶相及晶型等因素有关。围绕着如何改善A2BO4和ABO3材料的上述物化性质并进而达到提高其催化氧化VOCs性能的目的，论文第3章工作采用一种新方法（即柠檬酸络合与超声波处理联用技术）制备出具有较多氧缺陷或过量非计量氧的多晶A2BO4±δ样品，考察了其对甲烷催化氧化性能；论文第4章和第5章工作建立了两种新颖的制备方法，即柠檬酸络合与水热合成联用法和原位水热合成法，分别用于制备高比表面积体相和介孔多晶ABO3催化剂，评价了这些高比表面积多晶材料对甲苯和乙酸乙酯完全氧化反应的催化活性；论文第6章工作采用水热合成法，制得一系列具有纳米线/纳米棒或微米块状形貌的单晶ABO3样品，并率先研究了它们对VOCs催化氧化的性能。结合各种表征技术的结果，得到以下结论：　　 (1)采用柠檬酸络合法与超声波处理联用技术制得具有较大氧空位的多晶NdSrCu1-xCoxO4-δ和具有较多过量氧的多晶Sm1.8Ce0.2Cu1-xCoxO4+δ(x=0,0.2,0.4)催化剂。在甲烷/氧气摩尔比等于1/20和空速等于10000h-1的反应条件下，NdSrCu1-xCoxO4-δ系列的催化活性按照NdSrCuO3.70＞NdSrCu0.8Co0.2O3.74＞NdSrCu0.6Co0.4O3.79的顺序递减，而Sm1.8Ce0.2Cu1-xCoxO4+δ系列的催化性能则遵循Sm1.8Ce0.2Cu0.6Co0.4O4.19＞Sm1.8Ce0.2Cu0.8Co0.2O4.10＞Sm1.8Ce0.2CuO4.05的次序。催化性能与氧空位和Cu3+浓度或过量氧密度和Cu+浓度下降的顺序一致。因此，我们认为较多的非化学计量氧量和较强的Cu3+/Cu2+或Cu2+/Cu+氧化还原能力有利于甲烷在较低温度下进行完全氧化反应。　　 (2)采用新颖的制备方法即柠檬酸络合-水热合成联用技术制得一系列高比表面积(15-29m2/g)多晶La1-xSrxM1-yM＇yO3(x=0,0.4;y=0,0.1;M或M＇=Mn,Co,Fe)纳米催化剂。在La1-xSrxFeO3、La1-xSrxMnO3和La1-xSrxCoO3中分别含有Fe4+/Fe3+、Mn4+/Mn3+和Co3+/Co2+。Sr2+对La3+的部分取代促使La1-xSrxMO3中Fe4+、Mn4+和Co3+浓度增加，从而改善催化剂的氧化还原能力。在所得La1-xSrxM1-yM＇yO3样品上，甲苯能在较低的温度(＜350℃)下完全转化成CO2和H2O。在相同反应条件下，催化活性遵循La0.6Sr0.4FeO3-δ＞LaFeO3-δ＞La0.6Sr0.4CoO3-δ＞La0.6Sr0.4MnO3-δ＞LaCoO3-δ＞LaMnO3-δ的顺序。经900℃灼烧处理后得到的低比表面积La0.6Sr0.4CoO3-δ(6.9m2/g)的催化活性低于在650℃得到的高比表面积La0.6Sr0.4CoO3-δ(15m2/g)的。由于Fe3+-O-Fe4+的存在、电子结构的改变和少量Co3O4的存在，少量Fe对La0.6Sr0.4CoO3的掺杂使得样品催化氧化甲苯的性能显著提高。　　 (3)采用原位水热合成法制得高比表面积(338-567m2/g)有序介孔多晶yLaCoO3/SBA-15(y=10-50wt％)催化剂。活性组分LaCoO3物种高度分散在介孔硅载体上。与通过等体积浸渍法获得的介孔多晶35LaCoO3/SBA-15_imp材料相比，35LaCoO3/SBA-15样品具有更好的还原性能、更大的孔容（较小的扩散限制）和更高的比表面积（使反应物更易于与活性位接触）。因此在相同反应条件下，原位水热合成法制得的yLaCoO3/SBA-15(y=10-50wt％)比体相多晶LaCoO3(由溶胶-凝胶法制得)和35LaCoO3/SBA-15_imp对甲苯和乙酸乙酯的完全氧化反应表现出更好的催化性能。尽管利用纳米复制的方法制备介孔ABO3材料的尝试尚未取得成功，但是在超声波辅助作用下，以SBA-16为硬模板，可获得具有多晶孔壁的有序介孔MnO2和Co3O4，其比表面积分别高达266m2/g和313m2/g，大约为文献中报道的最高值的2-3倍。反复实施的四个制备步骤（即填充→过滤→洗涤→灼烧）能有效地防止在模板外表面形成MnOx和CoOx纳米粒子，促使更多的金属前驱体填充到模板的介孔孔道中。与对应的体相材料相比，介孔MnO2和Co3O4对甲苯完全氧化反应表现出更优异的催化性能。　　 (4)采用水热合成法首次制得单晶La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSCO)纳米线/纳米棒和单晶La1-xSrxMnO3(x=0.4-0.6)微米块，率先开展单晶ABO3材料在催化领域的应用研究。在甲苯浓度等于1000ppm，甲苯/氧气摩尔比等于1/400和空速等于20000h-1的条件下，单晶催化剂的活性按照LSCO-900（纳米棒）＞LSCO-800（纳米棒和纳米线）＞LSCO-650（纳米线）和La0.5Sr0.5MnO3-δ＞La0.4Sr0.6MnO3-δ＞＞La0.6Sr04MnO3-δ的次序下降；单晶LSCO-900(T50％和T100％分别为235和245℃)的催化性能远高于多晶LSCO-950-Citrate(T50％和T100％分别为306和339℃)的；单晶La0.5Sr0.5MnO3-δ(T50％和T100％分别为250和255℃)的催化性能远高于多晶La0.5Sr0.5MnO3-δ(T50％和T100％分别为296和368℃)的。我们认为单晶材料良好的催化性能与催化剂中Co3+/Co2+或Mn4+/Mn3+氧化还原离子对、单晶结构和表面氧空位有关。　　 水热处理温度和时间以及KOH用量对单晶La0.6Sr0.4MnO3+δ的比表面积、体相和表面锰离子氧化态分布、非化学计量氧量和表面组成有着重大影响。通过提高水热温度、缩短水热时间和适当减少KOH用量，可以获得具有更多非化学计量氧量和体相与表面Mn4+离子（有利于改善所得材料的低温还原性）的La0.6Sr0.4MnO3+δ催化剂。研究结果表明，拥有更高初始氢气消耗速率的单晶La0.6Sr0.4MnO3+δ催化剂对甲苯完全氧化反应表现出更优异的催化性能。