挥发性有机物（VOCs）是引起光化学烟雾、低空臭氧、灰霾等破坏生态环境和危害人体健康的主要污染物之一。目前,催化氧化消除VOCs的方法,由于具有较低的反应温度,较高的去除效率以及较低的二次污染物排放,受到了人们的广泛关注。催化剂的设计与调控是该工艺的核心,是实现VOCs的高效去除有效途径。贵金属基催化剂在VOCs催化氧化中具有较高的催化活性,然而该类催化剂的经济效益有待提升,并且在实际工况中面临稳定性欠佳和抗性差的问题。过渡金属锰氧化物催化剂,因具有低廉的价格、丰富的储量以及较好的氧化还原性与储氧能力,在VOCs催化氧化中具有应用前景。然而,目前研究主要集中在制备方法的优化、多金属复合、以及形貌结构的控制等方面,关于锰氧化物催化剂表面与VOCs催化氧化性能的构效关系,以及VOCs的降解机理仍然缺乏研究。本论文从表面K离子、表面Mn配位数的控制以及Cu诱导氧空位的策略,从结构调控的角度对MnO₂催化剂进行设计,研究了催化剂与VOCs催化氧化的构效关系以及对应的甲苯降解机理。本文的主要研究内容有:（1）通过对表面K离子的调控,探究MnO₂催化剂在甲苯催化氧化反应中的性能。其中,KMnO₄与（NH₄）₂C₂O₄的摩尔比为5:1时,得到的MnO₂催化剂具有片-棒状结构相交的界面。该催化剂的Mn平均价态低,富含表面氧空位,并且过量的K离子在表面析出,可以进一步增加表面氧空位含量和活性。此外,该催化剂由于含有丰富的活性位点,甲苯更容易在其表面上深度氧化为苯负离子,降低的中间产物对活性位点的覆盖,从而同时提升了催化剂的稳定性。（2）通过合成方法的调控,发现不同暴露晶面的MnO₂性能差异的原因是其表面Mn的配位数不同。其中,含有较多4配位的MnO₂具有最佳活性和稳定性,这是因为4配位的MnO₂活性位点更多,具有更多的氧空位。同时,其对甲苯的吸附性能也最佳,可以在室温下通过晶格氧将甲苯氧化为苯甲酸等物种。通过原位红外和气相色谱-质谱联用表征,可以探究甲苯降解路径机理,即甲苯先被逐步氧化为苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸,接着发生脱羧反应,生成苯物种,后逐步被氧化为苯醌、苯酚和乙酸等,最终产物为二氧化碳和水。（3）通过H₂还原对负载Cu的MnO₂催化剂进行处理进行表面微环境调控,发现未负载CuO组分的MnO₂催化剂经过还原后性能因为表面活性氧缺失的而导致活性下降,而负载了少量CuO的MnO₂催化剂,在200℃下,CuO被还原为单质Cu,而MnO₂结构保持不变,该催化剂的性能得到明显提升,并且具有良好的抗水性和稳定性。研究发现,由于Cu与载体MnO₂之间的相互作用,在还原处理后能够稳定MnO₂界面上的活性氧,并创造更多的氧空位,使其具有活性Cu-Mn界面。该催化剂仅在富氧条件下表现出良好的催化性能,在未存在气相氧的条件下,仅能吸附较多的甲苯,缺少晶格氧的氧化。