近年来,我国的空气污染问题很突出。甲烷是一种重要的温室气体,而苯则是广泛应用的芳香烃类挥发性有机物（VOCs）之一,其排放会严重危害环境和人身健康。催化氧化法是消除甲烷和苯等有机污染物的有效方法,该技术的关键是设计和制备高效和高稳定性的催化材料。考虑到多孔材料（特别是有序介孔和有序大孔材料）具有发达而贯通的三维孔道结构和高的比表面积,不仅有利于反应物分子的扩散、吸附和活化及产物分子的脱附、扩散,也有利于贵金属纳米粒子的高分散,提升催化活性和热稳定性,因而研发具有多孔结构的催化剂成为热点研究课题。在过去的几十年中,Pd基催化剂因具有较高的低温活性而备受关注。将Pd纳米粒子负载到具有高比表面积的多孔过渡金属氧化物或复合氧化物表面,可形成更多的贵金属-金属氧化物的活性界面,抑制纳米粒子在反应过程中长大和烧结。此外,将Pt添加到Pd基催化剂也可提高催化剂对甲烷氧化的活性和稳定性。众所周知,金属与载体之间的相互作用对提高贵金属催化剂的活性起到重要作用。为了排除金属与载体之间相互作用的影响,只使用贵金属催化剂考察其催化性能,从而可确定反应的活性位。本学位论文设计并制备了三维有序大孔La_0.6Sr_0.4MnO₃和三维有序介孔氧化钴负载Pd催化剂以及介孔Pd_xPt合金催化剂,利用多种分析技术表征了催化剂的物化性质,评价了其对甲烷或苯氧化的催化性能,探讨了催化反应机理,揭示了催化剂的物化性质与甲烷或苯氧化的催化活性之间的构效关系,提出了改善催化剂热稳定性的方法,探明了催化剂对甲烷或苯氧化的活性位。论文取得以下主要研究结果:（1）采用聚甲基丙烯酸甲酯模板法和原位还原法分别制备了菱方晶相三维有序大孔（3DOM）La_0.6Sr_0.4Mn_1-xPd_xO₃和yPd/3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃催化剂。在3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃和3DOM La_0.6Sr_0.4Mn_1-xPd_xO₃催化剂中,3DOM La_0.6Sr_0.4Mn_0.96Pd_0.04O₃对甲烷氧化显示最高的催化活性,在空速为40000 mL/（g h）条件下,当甲烷转化率达50%和90%时的温度T_50%与T_90%分别为458 ^oC和550^oC。对掺杂Pd的催化剂进行原位还原可制备出yPd/3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃催化剂。经500 ^oC还原后所得y Pd/3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃催化剂的活性略有下降,这是由于La_0.6Sr_0.4MnO₃钙钛矿结构遭到部分破坏所致。在yPd/3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃催化剂中,1.18Pd/3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃具有最佳的热稳定性和抗CO₂、H₂O、SO₂性能,这与Pd纳米粒子与3DOM La_0.6Sr_0.4MnO₃载体之间存在较强相互作用有关。Pd基催化剂的失活是由于Pd纳米粒子在甲烷高温燃烧过程中烧结所致。因此可认为,采用本学位论文所提出的原位还原法可获得高的热稳定性和优良的抗中毒性能的Pd基钙钛矿型氧化物催化剂。（2）先采用以KIT-6为硬模板的纳米浇铸法原位制备了立方晶相的三维有序介孔氧化钴负载钯（Pd/meso-Co₃O₄）催化剂,再利用H₂还原处理Pd/meso-Co₃O₄制得了Pd/meso-CoO和Pd/meso-Co-CoO催化剂。结果表明,H₂还原处理导致介孔结构有序性降低、比表面积下降和孔径增大。Pd/meso-CoO催化剂中的Pd纳米粒子呈高分散态且主要以Pd⁰物种形式存在,而Pd/meso-Co-CoO催化剂中出现较大的Pd纳米粒子。Pd/meso-CoO对苯氧化反应具有最高的催化活性,T_10%、T_50%和T_90%分别为142 ^oC、167 ^oC和189 ^oC,CO₂产率的T_10%、T_50%和T_90%分别为147 ^oC、168 ^oC和192 ^oC。原位漫反射红外光谱实验结果表明,含氧碳物种（双配位的碳酸盐物种和部分氧化产物（如醋酸和马来酸））是苯氧化的主要中间产物,Pd/meso-CoO催化剂良好的氧活化能力提高了其对苯氧化的催化活性。因此,Pd/meso-CoO优异的催化活性与高分散的Pd⁰物种、高的比表面积和良好的氧活化能力有关。（3）采用KIT-6模板法制备了介孔Pd、Pt和Pd_xPt合金催化剂。结果表明,催化剂的比表面积为25.5-31.9 m²/g,平均孔径为13.7-19.8 nm。每个Pd_xPt催化剂都形成了Pd-Pt合金。Pt的引入对Pd基催化剂的氧化还原性能有显著影响。催化剂中的PdO-PtO₂比Pd⁰-Pt⁰具有更高的催化活性。在所有催化剂中,Pd_2.41Pt催化剂表现出最高的甲烷氧化活性:在空速为100000 mL/（g h）条件下,T_10%、T_50%和T_90%分别为272 ^oC、303 ^oC和322 ^oC;在280 ^oC时,TOF_Pd、TOF_Pt和TOF_Pd+Pt分别为0.85×10^-3 s^-1、1.98×10^-3 s^-1和0.59×10^-3 s^-1,比速率为4.46?mol/(g_catat s)。同时发现,少量Pt的引入可提高催化剂的稳定性。引入2.5-5.0 vol%二氧化碳或水蒸汽引起Pd_2.41Pt催化剂的失活是可逆的,而100 ppm二氧化硫导致的失活不可逆。因此,良好的介孔结构、Pd-Pt合金和同时存在的PdO-PtO₂以及较好的甲烷和氧活化能力是Pd_2.41Pt催化剂对甲烷氧化反应显示优异催化性能的主要原因。