柴油机凭借其低耗能、强动力和性能稳定等优势在交通运输中占据着主导地位,但其排放的碳烟颗粒（soot）也成为移动源空气污染的重要来源。结合催化燃烧技术的颗粒捕集器（DPF）是目前捕集和消除碳烟颗粒的有效策略,其难点在于如何设计高性能催化剂来降低碳烟的燃烧温度,实现排气温度范围内的DPF再生。由于碳烟的燃烧温度高、颗粒尺寸大（25～100 nm）,DPF表面涂覆的粉体催化剂难以和碳烟形成良好接触,限制了催化活性位点的利用效率。为解决该难题,本文在工业陶瓷基和金属基DPF上原位合成了具有开放大孔空间的纳米结构催化剂用于碳烟颗粒的催化燃烧,有效提高了碳烟和催化剂之间的接触效率。并利用界面效应、缺陷工程和强金属-载体相互作用等策略,在金属氧化物整体式催化剂上构建了大量的氧空位,促进碳烟催化燃烧。通过总结碳烟燃烧中气相氧的活化和表面活性氧的迁移规律,深入探讨了碳烟燃烧过程的反应机理。首先,在工业堇青石陶瓷基底上原位构建了Co3O4修饰的仙人球状氧化锰八面体分子筛（OMS-2）纳米棒催化剂。它的特定微纳结构具备的充足大孔空间显著提高了碳烟和催化剂的接触效率。与传统的粉体涂层催化剂相比,在相同厚度下,该整体式催化剂的使用量仅为1/13;在相同质量下,其接触面积可增加约4倍。研究结果表明,Co3O4与OMS-2之间的界面相互作用促进了氧空位的产生,并通过电子从Co2+转移到Mn4+增加了Mn3+的数目。同位素18O2实验发现,Co3O4改性催化剂上碳烟燃烧的活性中心数量是单独OMS-2催化剂的3倍。并且,这种界面相互作用加速了气相氧的活化和晶格氧的迁移,也提高了催化剂的本征活性（TOF）,这使该催化剂的碳烟燃烧表观活性增长了约11倍。为了进一步提高OMS-2整体式催化剂的碳烟燃烧性能,通过表面修饰对纳米棒进行了缺陷构建,并利用光化学沉积引入了贵金属Ag。研究发现,OMS-2的表面缺陷促进了Mn3+含量的增加,同时产生了大量表面氧空位。由于OMS-2具有[Mn O6]八面体链组成的隧道结构和大量的表面缺陷,可以诱发光沉积和焙烧过程中Ag的迁移,形成高分散的Ag+物种。对比缺陷构筑对Ag物种空间分布的差异发现,富缺陷OMS-2上的Ag+表面富集电子,极大地提升了OMS-2晶格氧的迁移能力,也促进了气相氧在OMS-2表面的吸附和解离,为碳烟燃烧活化了更多数量的氧物种。此外,在钛基底上原位合成了低Pt负载量（仅为0.4 wt%）的TiO2纳米线催化剂用于碳烟燃烧。TiO2纳米线的可用大孔空间改善了碳烟颗粒与催化剂之间的接触。研究发现,通过H2/N2处理,Pt纳米颗粒（Pt NPs）逐渐被无定型的TiOx层包裹,形成了强金属-载体相互作用（SMSI）,并提高了该TiOx层表面活性氧物种的数目,促进了碳烟燃烧。随着还原温度的升高,TiOx层对Pt NPs的覆盖度增大,SMSI的效果增强,进而提高了催化剂对气相氧的活化能力。当催化剂还原温度为800°C时,获得了最佳的碳烟燃烧表观活性和本征活性。