柴油和汽油机因具有优异的动力输出系统、良好的经济性和稳定性作为汽车发动机普遍使用,但尾气中主要污染物碳烟和挥发性有机物（VOCs）已经严重威胁到生态环境和身体健康。催化净化技术是消除碳烟和VOCs的最有效手段,应用的关键在于催化剂的开发,实现碳烟和VOCs低温转化为CO₂。因此,研究高效催化剂用于净化尾气已成为环境工程领域中一项极具挑战性课题,具有重要的实际意义。本文选取过渡金属锰基催化剂体系（Mn O_x:Mn₃O₄和Mn₂O₃）作为研究对象,通过调控Mn O_x形貌实现选择性暴露高活性晶面,以碳烟和低浓度乙醇消除为模型反应评价催化性能。利用各种表征技术,探索锰基催化剂形貌与反应活性的关系,分析高活性晶面催化作用机制,为催化剂设计和催化技术建立提供新思路。具体研究内容如下:（1）采用水热法和共沉淀法制备不同形貌纳米Mn₃O₄（六边形纳米盘、八面体和纳米粒子）,首次用于碳烟消除反应。松散接触模式下空速9990 h^-1,2500 ppm NO/5 vol%O₂/N₂平衡气,六边形纳米盘Mn₃O₄（Mn₃O₄-HNS）具有优异的活性,T_m为407.7 ^oC,S^m_CO2为99.1%。利用XRD、BET、H₂-TPR、FE-SEM、HR-TEM、XPS、soot-TPR、NO/NO+O₂-TPSR等手段系统地研究Mn₃O₄的物化性质。HR-TEM分析发现制备方法能够影响Mn₃O₄形貌和晶面暴露程度,与催化性能有直接关系。通过动力学研究不同晶面表观活化能E_a顺序为（112）<（101）<（220）晶面,与活性趋势相反,证实反应活性遵循晶面取向效应。鉴于测试数据,Mn₃O₄-HNS展现优良催化性能归于其暴露（112）晶面,具有优异的低温还原性、表面丰富的Mn⁴⁺和活性氧物种,以及较强的氧化NO能力。松散接触模式下,对催化剂在多种原料气下进行活性评价。对Mn₃O₄-HNS进行循环稳定性测试仍显示良好活性。（2）采用水热法制备不同形貌α-Mn₂O₃（立方体、截角八面体、八面体）,首次用于催化低浓度乙醇完全氧化反应,高空速下活性顺序:立方体>截角八面体>八面体,证明该反应为结构敏感性反应。反应条件:乙醇600 ppm/20 vol%O₂/N₂平衡气,空速192000 m L/（g·h）,立方体α-Mn₂O₃（α-Mn₂O₃-C）将乙醇完全转化温度为190 ^oC,乙醛为主要中间产物。HR-TEM证明立方体、截角八面体、八面体分别暴露（001）、（001）&（111）和（111）晶面。利用H₂-TPR、XPS、ethanol-TPD和CO-TPSR等表征技术,发现α-Mn₂O₃-C呈现优异性能源于其暴露的晶面。相比于（111）晶面,（001）具有更低的氧化还原性、表面丰富的Mn⁴⁺和活性氧物种,利于提高乙醇燃烧速率。动力学研究得E_a顺序:（001）<（111）晶面,证实决定反应活性关键因素是高能晶面而非比表面积。考察了空速、原料组成和水对催化剂性能的影响。含有6 vol.%H₂O的反应气下对α-Mn₂O₃-C进行连续测试50小时仍显示优良稳定性。