多孔过渡金属氧化物具有高的比表面积和发达的孔结构使其在电、磁、吸附和催化等物理和化学领域具有很大的应用前景。多孔材料中的介孔可以选择性地容纳客体分子，所具有的高比表面积有利于气体分子吸附。大孔结构则可降低大分子传质阻力和有利于其到达活性位。此外，大孔或介孔载体也有利于活性组分在其表面的分散。众所周知，钙钛矿型氧化物（ABO₃）对挥发性有机物和CO氧化反应显示出优良的催化性能，这与ABO₃的非化学计量氧量、比表面积和氧化还原能力等因素有关。单斜白钨矿晶相的BiVO₄是一种对可见光响应的半导体光催化剂，在可见光照射下显示光催化活性。近年来，金催化成为研究的热点课题之一。金的催化作用与所用载体的性质有关。一般选用惰性载体来负载金属活性组分，金属与载体之间的强相互作用能够影响催化剂的物化性质。以具有氧化还原能力的过渡金属氧化物或复合氧化物作为载体的研究工作很少有文献报道。将纳米金负载到具有高比表面积的过渡金属氧化物或复合氧化物上，可以提高金的负载量和纳米金的分散度，有效地避免反应过程中可能引起的烧结现象。针对如何改善单一和复合金属氧化物的物化性质进而达到提高其催化性能的目的，本文研究了具有介孔孔壁的三维有序大孔（3DOM）LaMnO₃、Au/3DOMLa_0.6Sr_0.4MnO₃、Au/链条状大孔结构的LaMnO₃、MnO_x/3DOM LaMnO₃、空心球状LaMO₃（M=Mn, Co）、实心球状MOx（M=Mn, Co）、有序介孔Co₃O₄、Au/有序介孔Co₃O₄和3DOM BiVO₄的PMMA或KIT-6硬模板可控制备法，利用多种技术表征其物化性质，揭示了催化作用机制，评价了其对挥发性有机物（苯、甲苯、二甲苯或甲醇）和CO氧化反应的催化性能，以此建立催化剂的物化性质与反应之间的构效关系。主要研究内容和取得的研究结果如下：（1）采用表面活性剂辅助的PMMA硬模板法制备了空心球状菱方相LaMO₃（M=Mn, Co）和实心球状立方相MO_x（M=Mn, Co）。结果表明，聚乙二醇和乙二醇的联用有利于形成具有球状复合金属氧化物和过渡金属氧化物。球状催化剂比其纳米粒子催化剂具有更高的比表面积（21-33m²/g）和表面吸附氧浓度以及更好的低温还原性。对于CO和甲苯氧化反应，球形催化剂的活性优于相应的纳米粒子催化剂的，其中Co₃O₄实心球催化剂对CO氧化反应的活性最好[当空速（SV）为10000mL/（g h）时，其T_90%（转化率达90%时的反应温度）为109℃]，而LaCoO₃空心球催化剂对甲苯氧化的活性最好(当空速为20000mL/（g h）时，其T_90%为237℃)。（2）采用表面活性剂辅助的PMMA硬模板法制备了具有介孔孔壁的菱方3DOMLaMnO₃催化剂。结果表明，表面活性剂P123和L-赖氨酸对于形成大孔孔壁上的介孔结构具有重要作用，双模孔结构的催化剂具有较高的比表面积（3239m²/g）、较高的表面氧浓度和较好的低温还原性。在甲苯浓度为1000ppm、甲苯/O₂摩尔比为1/400和SV为20000mL/（g h）的反应条件下，具有大孔-介孔双模孔结构的LaMnO₃-PP-2或LaMnO₃-PL-2催化剂显示出最高的活性，其T50%为222226℃和T_90%为243249℃。与体相LaMnO₃催化剂的表观活化能（97kJ/mol）相比，多孔催化剂具有明显低的表观活化能（5762kJ/mol）。（3）采用色氨酸辅助的PMMA硬模板法原位制备了yMnO_x/3DOM LaMnO₃（y=5,8,12,16wt%）催化剂，建立了一步法制备菱方相3DOM LaMnO₃负载的MnO_x纳米粒子催化剂的可控合成工艺。结果表明，yMnO_x/3DOM LaMnO₃催化剂的比表面积为1931m²/g，MnO_x纳米颗粒（粒径为435nm）高度分散在3DOM LaMnO₃表面。与通过等体积浸渍法获得的12wt%MnO_x/体相LaMnO₃催化剂相比，yMnO_x/3DOM LaMnO₃催化剂具有更高的表面吸附氧浓度和比表面积以及较均匀的MnO_x纳米粒子（粒径为418nm）。在VOC（甲苯或甲醇）浓度为1000ppm、VOC/O₂摩尔比为1/400和SV为20000mL/（g h）的反应条件下，12wt%MnO_x/3DOM LaMnO₃催化剂的活性最佳，其对甲苯和甲醇氧化反应的T_90%分别为215℃和137℃。（4）采用表面活性剂辅助的PMMA硬模板法制备了链条状大孔结构的菱方相LaMnO₃和菱方相3DOM La_0.6Sr_0.43催化剂，再利用聚乙烯醇保护的鼓泡还原法制备出了xAu/链条状大孔LaMnO₃（x=1.4,3.1,4.9wt%）和xAu/3DOM La_0.6Sr_0.43（x=3.4,6.4,7.9wt%）催化剂。结果表明，金纳米粒子尺寸在25nm范围内，均匀地分布在催化剂的孔道表面上。xAu/链条状大孔LaMnO₃和xAu/3DOM La_0.6Sr_0.43催化剂的比表面积分别为3033m²/g和3133m²/g。4.9wt%Au/链条状大孔LaMnO₃和6.4wt%Au/3DOM La_0.6Sr_0.43催化剂上的表面氧物种浓度较高和低温还原性较好，其催化活性也较高。4.9wt%Au/链条状大孔LaMnO₃和6.4wt%Au/3DOM La_0.6Sr_0.43催化剂对CO氧化反应的T_90%分别为91℃（当SV为20000mL/（g h）时）和3℃（当SV为10000mL/（g h）时），对甲苯氧化反应的T_90%分别为226℃和170℃（当SV为20000mL/（g h）时）。多孔链条状大孔LaMnO₃负载金催化剂对CO和甲苯氧化反应的表观活化能分别为2937kJ/mol和4752kJ/mol，低于在体相LaMnO₃催化剂上的（分别为63kJ/mol和97kJ/mol）；多孔3DOM La_0.6Sr_0.43负载金催化剂对CO和甲苯氧化反应的表观活化能分别为3132kJ/mol和4448kJ/mol，低于在体相La_0.6Sr_0.43催化剂上的（分别为57kJ/mol和74kJ/mol）。（5）以KIT-6为硬模板通过纳米浇铸法制备了有序介孔立方晶相Co₃O₄（meso-Co₃O₄），并利用聚乙烯醇保护的还原法制得了xAu/meso-Co₃O₄（x=3.7,6.5,9.0wt%）催化剂。meso-Co₃O₄和xAu/meso-Co₃O₄催化剂的比表面积高达9194m²/g。6.5wt%Au/meso-Co₃O₄催化剂显示出较高的表面氧浓度、较好的低温还原性和较强的Au与meso-Co₃O₄之间的相互作用，因而显示出较好的催化活性和稳定性。在CO浓度为1vol%和SV为60000mL/（g h）或VOC（苯、甲苯或二甲苯）浓度为1000ppm和SV为20000mL/（gh）的反应条件下，6.5wt%Au/meso-Co₃O₄催化剂对CO、苯、甲苯和二甲苯氧化反应的T_90%分别为45℃、189℃、138℃和162℃。（6）采用抗坏血酸或柠檬酸辅助的PMMA硬模板法制备了单斜相3DOM BiVO₄光催化剂。3DOM BiVO₄光催化剂具有高的比表面积（1824m²/g）。在所有光催化剂中，比表面积为24m²/g的BiVO₄-AA-1光催化剂显示出最好的光催化性能。在苯酚初始浓度为0.1mmol/L和H₂O₂添加量为0.6mL条件下反应3小时后，苯酚转化率可达到94%。较低的苯酚初始浓度和适中的H₂O₂用量有助于改善催化剂的光催化性能。（7）在所制得的每个系列催化剂中，Co₃O₄实心球、LaCoO₃空心球、具有大孔介孔双模孔结构的LaMnO₃-PP-2和LaMnO₃-PL-2、12wt%MnO_x/3DOMLaMnO₃、4.9wt%Au/链条状大孔LaMnO₃、6.4wt%Au/3DOMLa_0.6Sr_0.43、6.5wt%Au/meso-Co₃O₄和BiVO₄-AA-1催化剂对CO、VOC（苯、甲苯、二甲苯或甲醇）或苯酚氧化反应显示出最好的催化活性。基于表征结果和活性数据，我们认为这些催化剂优良的催化性能与其较高的比表面积、较高的吸附氧物种浓度、较好的低温还原性、金与载体之间的强相互作用、良好的多孔结构或较高氧缺陷密度相关。