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近年来,随着我国经济的快速发展以及能源短缺问题的日益加剧,对低碳链烷烃等各种有机物质的需求日益增加,然而泄漏至大气中的低碳链烷烃会导致严峻的温室效应和环境污染问题。泄露至大气中的低碳链烷烃的浓度通常很低,并且其分子结构稳定,对其进行直接脱除十分困难,因此开发一种绿色、高效的低浓度低碳链烷烃脱除技术具有广阔的应用前景。甲烷和丙烷在工业生产及人类活动中来源广泛,本文主要以甲烷和丙烷为例,开展低浓度低碳链烷烃的脱除研究。在众多脱除技术中,催化燃烧技术可以在较低的反应温度下将低碳链烷烃完全转化为二氧化碳和水,是一种十分具有前景的技术。催化剂是催化燃烧技术的核心,贵金属催化剂虽然活性较高,但是存在储量少、价格昂贵、热稳定性较差等缺陷,因此非贵金属氧化物催化剂受到了研究者们的广泛关注,其中钴镍基催化剂由于具有优异的C-H键极化能力、较多的活性位点以及更多的表面活性氧被广泛研究。此前研究中钴镍基催化剂的催化活性较之贵金属催化剂仍然较低,并且为了开发特殊形貌或暴露特殊晶面的催化剂,所采用的制备方法都相对复杂及繁琐,会产生较多的废水和废气。不仅如此,钴镍基催化剂催化燃烧低浓度低碳链烷烃的机理也有待进一步明晰。针对上述难点,本文开发了简便、绿色、高效的制备方法制备出活性可以与贵金属催化剂相媲美的钴/镍氧化物催化剂,并研究了钴镍基催化剂催化燃烧甲烷和丙烷的反应机理。具体的工作内容如下:首先,利用沉淀法将NH3·H2O直接滴加至Ni（NO3）2·6H2O粉末中制备出呈现片层形貌的Ni（OH）2前驱体,将其煅烧后得到呈现出部分棒状结构的NiO催化剂（NiO-NSL）,该催化剂可以在390℃完全催化燃烧低浓度甲烷。NiO-NSL表面的Ni2+含量高于用传统液相沉淀法制备的NiO纳米颗粒催化剂（NiO-NLL）,DFT计算也证明了在Ni2+上C-H键活化的能垒（0.30 eV）低于Ni3+（0.45 eV）,因此NiO-NSL催化剂具有比NiO-NLL更好的低浓度甲烷催化燃烧活性。为避免氨水使用带来的污染,论文开展了固相研磨制备镍基催化剂的研究。将Ni（NO3）2·6H2O与NaOH进行固相研磨得到了具有纳米片层结构的Ni（OH）2催化剂,该制备过程避免了因氨水使用产生的废气和废水,使得制备过程更加绿色。探索了煅烧温度对于催化剂形貌以及甲烷催化活性的影响,煅烧温度升高,片层结构团聚为纳米颗粒,其催化活性降低。测试分析结果表明,催化剂的片层结构有利于表面形成羟基和活性氧物种,增强其氧化还原性,并且表面吸附氧和羟基有利于甲烷的解离,降低甲烷催化燃烧的活化能。因此未经过煅烧的Ni（OH）2片层催化剂表现出较高的低浓度甲烷催化燃烧活性（甲烷完全燃烧温度为400℃）。研究已证明表面富羟基的片层NiO催化剂具有较高的甲烷催化燃烧活性,而Co3O4和NiO性质相近,都具有较好的碳氢键极化、断裂能力,因此此处开展了富羟基的Co3O4纳米片层催化剂（Co3O4-S）催化燃烧低浓度低碳链烷烃的研究。通过提高传统液相氨水沉淀法中Co（NO3）2·6H2O金属盐的浓度成功制备了Co3O4-S,其在500℃时实现了 85%的甲烷转化率,在210℃下实现了丙烷的完全转化。为了深入探索片层催化剂特性,进一步制备了 Co3O4纳米立方体（Co3O4-C）、Co3O4纳米八面体（Co3O4-O）作为对比研究并发现Co3O4-C以及Co3O4-O的低浓度低碳链烷烃催化活性均低于Co3O4-S。测试分析表明Co3O4-S表面的Co2+物种含量高于Co3O4-C以及Co3O4-O,并且其Co2+物种上吸附了大量的表面羟基,DFT计算证实了羟基与表面Co2+之间的结合键能高于与表面Co3+之间的结合键能,羟基更容易附着在Co3O4-S表面的Co2+上。和片层NiO催化剂相似,大量羟基的存在改变了丙烷在Co3O4-S表面催化燃烧过程的中间体和反应途径,提高了其催化活性。前文探讨的是普通空速下（30 000 mL·g-1h-1）Co3O4的催化燃烧活性,在实际应用中,高空速反应条件下低浓度低碳链烷烃的催化燃烧依然是一个挑战,论文通过金属盐蚀刻策略制备了 ZIF-67衍生的Co3O4纳米中空笼催化剂并研究了其对超高空速（300 000mL·g-1h-1）丙烷的催化燃烧活性。该制备方法直接利用了具有酸性的金属硝酸盐乙醇溶液来蚀刻ZIF-67,探索了 Co（NO3）2·6H2O蚀刻浓度对催化剂形貌的影响,结果表明30g/L是较为理想的蚀刻浓度,可以刻蚀出较为完整的Co3O4纳米中空笼（Co3O4-30）。Co3O4-30在420℃实现了 88%的甲烷转化率,在240℃实现了丙烷的完全转化,并且在超高空速（300 000mL·g-1h-1）丙烷催化燃烧活性测试中未出现活性下降。测试分析结果证明Co3O4-30样品具有介孔结构以及较大的孔体积,此外,其氧化还原性较强,表面活性氧含量较高,使其获得了在超高空速反应条件下的高催化活性。研究发现在Co3O4催化剂表面很难实现甲烷的完全催化燃烧,而在NiO催化剂表面则不存在这个现象。为攻克Co3O4难实现甲烷完全催化燃烧的这一难题,利用前面开发的金属盐刻蚀策略,使用10g/LNi（NO3）2·6H2O刻蚀ZIF-67制备出具有核壳结构的Ni/Co3O4催化剂,探索了将Ni负载于Co3O4上的Ni/Co3O4催化剂对低浓度低碳链烷烃的催化燃烧活性。研究表明该方法制备的Ni/Co3O4催化剂可以在410℃及250℃完全催化燃烧甲烷和丙烷,并在超高空速的反应条件下（300000mL·g-1h-1）也表现出高的活性和好的稳定性,是一种十分具有前景的低浓度低碳链烷烃催化燃烧催化剂。