近年来,城市不断发展引发的大气环境污染问题日益严重。未经彻底处理的高硫油品燃烧将排放大量的硫氧化物（SOx）,导致产生酸雨,影响生态环境。燃油超深度脱硫对于清洁燃油的生产具有重要意义,并能够从根源上阻止产生SOx,解决因含硫燃油燃烧引起的诸多环境污染问题。金属氧化物脱硫催化剂结构稳定、成型潜力好,同时具有丰富的金属催化位点,在催化氧化脱硫反应中展现优异的性能。然而,金属氧化物固有亲水特性使其在油相反应中面临亲和性差、传质效率不佳等难题。因而,它在反应过程中易结块、黏壁,导致物料用量和能耗增加;同时,致密的结晶形式使金属氧化物中活性位点的暴露程度受限,进一步限制了金属氧化物在脱硫领域的工业应用。针对上述难题,本论文尝试使用界面修饰剂对金属氧化物进行改性,并在金属氧化物结构中引入丰富的缺陷位点,构建界面修饰的缺陷型金属氧化物催化脱除燃油中的有机硫。取得的主要成果如下:1.发展界面修饰策略将油胺分子成功嫁接在氧化钨表面,并结合酸处理法控制合成具有两亲性含缺陷的氧化钨催化剂。通过傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱等多种谱学技术以及透射电镜技术分析催化剂表界面结构和组成。表征和实验结果表明该催化剂包覆油胺分子后,在油相中分散性显著提升,显示出优异的催化氧化脱硫性能。在反应温度为333 K条件下反应40 min后,该催化剂能将模型燃料油中的二苯并噻吩完全脱除。通过准原位光谱实验研究反应的活性中间物种,证实氧化钨表面氧空位与过氧化氢作用后产生了过氧钨物种,从而揭示了该催化氧化脱硫过程的催化机理。2.针对多相催化氧化脱硫反应的特点,发展固相修饰剂对氧化钨界面进行改性,同时在氧化钨结构中掺杂金属钼位点,实现高分散性、高活性的氧化钨催化剂合成。通过多种表征方式对催化剂的组成、结构和形貌进行分析。在反应温度为333 K条件下反应10 min后,该催化剂对模型燃料油中的二苯并噻吩脱除率达到96.4%,同时,其循环稳定性相比于未固相修饰的氧化钨催化剂大幅提升。同时该催化剂对真实柴油中有机硫的脱除性能优异,反应1 h脱除率可达95.7%。3.利用缺陷型氧化钨表面弱还原性和缺陷位点,实现对贵金属铂物种的稳定和分散。通过透射电镜等多种表征技术对催化剂的结构和形成机制进行探讨。通过模型构建和理论计算辅助说明铂物种在载体表面的稳定性和分散性。活性实验数据证实该催化剂具有活化分子氧催化燃油深度脱硫的能力,并且通过优化反应条件,催化剂中铂的负载量为0.8%时,在反应温度为393 K条件下反应4 h后,表现出超过99.0%的二苯并噻吩脱除率,可以通过萃取完全去除极性产物砜。同时,催化剂的再生性能较为稳定。4.发展尿素辅助的晶格重构策略将晶格缺陷和氧空位引入金属氧化物。通过热重-示差扫描量热分析法检测理解煅烧过程,阐明尿素分解的还原性产物对金属氧化物的刻蚀机制。通过多种表征技术确定催化剂表面丰富的缺陷结构和氧空位。同时,该策略不仅能提升催化剂的比表面积,还能增强金属氧化物催化剂对分子氧的活化能力,从而提升催化剂的催化氧化脱硫活性。相同反应条件下,含缺陷的氧化钛对二苯并噻吩的脱除率是普通二氧化钛的3.7倍。电子顺磁共振谱阐明活性中间物种是超氧自由基。5.开发以二维碳化钛为基体的小尺寸缺陷型氧化钛用于活化分子氧催化氧化脱硫体系。利用二维碳化钛丰富的层间多孔结构和特性,控制实验条件在其界面生长缺陷型氧化钛。反应过程中动态衍生氧化钛的关键在于分子氧与二维碳化钛之间的界面相互作用。进一步通过多种表征方式对分子氧活化的催化剂以及催化反应过程中的催化剂进行表征,结果表明二维碳化钛经活化后产生的缺陷型氧化钛十分重要。使用预活化的碳化钛作为催化剂,催化氧化性能明显提高。反应温度为393 K,催化剂用量为1 mg,DBT的转化率在80 min达到100%。在反应过程中,缺陷位点附近发生分子氧的持续活化,从而产生丰富的自由基物种,成为催化氧化二苯并噻吩的关键。