催化氧化由于其经济性和高效性而在大气污染物净化领域得到了广泛应用。Co3O4基催化剂良好的氧化还原性使其具有代替贵金属催化剂的潜力。本文通过掺杂改性，显著提高了Co3O4对于碳烟颗粒、NO、CO、CH4和氯乙烯(VC)等污染物的催化氧化反应性能，并探讨了相关反应途径和机理，得到以下主要结论:　　一、掺杂Bi2O3对于Co3O4催化剂上碳烟颗粒氧化反应性能的影响　　1.Bi2O3的掺杂可降低Co3O4的晶粒尺寸、增加结构扭曲，并提高了表面Co3+离子含量。同时Bi2O3和Co3O4间的强相互作用可以显著削弱Co3+-O键的强度，促进表面氧空穴的形成，提高晶格氧物种由体相向表面的迁移速率。　　2.对于O2气氛下Bi2O3-Co3O4催化剂上进行的碳烟氧化，碳烟优先与催化剂表面晶格氧反应。Bi2O3-Co3O4界面所产生的氧空穴以及Bi2O3的阴离子传导特性可促进活性氧物种的形成和迁移，结合Bi2O3的低熔点特性，显著提高了碳烟燃烧活性:当催化剂Bi/Co摩尔比为0.2时，在紧密和松散接触条件下碳烟燃烧的T50分别为332℃和475℃，相比Co3O4降低了90℃和75℃。Bi2O3-Co3O4经14次循环反应后催化性能保持稳定，并具有优异的抗热冲击、耐水和耐硫性能。　　3.Bi2O3-Co3O4催化剂（Bi/Co摩尔比为0.2）优异的NO氧化、NOx储存性能(213.7μmol/gcat，比Co3O4大6.8倍)可进一步促进其NOx辅助碳烟燃烧活性（紧密和松散接触条件下的T50分别为322℃和408℃）。NOx吸附在催化剂表面形成硝酸盐物种。该硝酸盐物种分解以及NO氧化所生成的NO2可直接与碳反应生成NO和CO2，并可活化碳表面以促进其与O2的反应。同时该硝酸盐物种也可部分与碳反应生成N2，异氰酸盐和烯酮物种分别为NOx还原和碳氧化的反应中间物种。　　二、Co3O4表面掺杂碱金属K的存在状态对催化氧化反应性能的影响　　1.在K掺杂的Co3O4催化剂中，K的存在状态主要有:具有高流动性能的“自由”K物种（碳酸盐和硝酸盐），和微量锚定于Co3O4表面或次表面的“稳定”K物种。新鲜催化剂中绝大部分K为“自由”K物种;水洗处理催化剂中的K为“稳定”K物种。　　2.稳定K物种的存在可增加Co3O4表面Co3+和氧空穴含量，削弱Co-O键的强度，提高氧物种的活性和移动性，增加表面弱碱性和中强碱性位点数量。　　3.“稳定”K物种可显著促进Co3O4对于CO、CH4和VC氧化反应的活性和稳定性。对于CO氧化反应，水洗K-Co3O4的T50可低至-96℃，相比Co3O4降低了65℃，同时“稳定”K物种可促进中间产物单齿碳酸盐物种在低温下的分解脱附，从而提高Co3O4的稳定性;对VC氧化反应，“稳定”K物种促进了烯醇和乙酸盐中间物种的生成，水洗K-Co3O4的T50可低至148℃，优于1％Pt/Al2O3催化剂;对CH4催化燃烧，水洗K-Co3O4的T50可低至309℃，优于1％Pd/Al2O3催化剂。　　4.对于碳烟燃烧反应，“自由”K物种可显著改善催化剂与碳烟颗粒物的接触状态，从而促进其对于碳烟氧化的反应性能，新鲜K-Co3O4催化剂在O2和NO+O2气氛条件下的碳烟氧化T50分别为418℃和365℃。然而“自由”K物种因覆盖催化剂的活性中心，而抑制了Co3O4的NO氧化能力，同时表面存储的NOx过于稳定难以与碳烟反应。“稳定”K物种不仅显著促进了Co3O4的NO氧化性能，而且在提高了表面NOx储存能力的同时，降低了其脱附温度，使其可有效参与碳烟反应，因此NOx对碳烟燃烧反应的促进作用更为显著:对于水洗K-Co3O4，在NO+O2气氛下的碳烟氧化T50为399℃，相比O2气氛下降低了90℃。