柴油车因经济性高、功率大、低CO2排放量等优势逐渐占据市场份额，但其尾气中的碳烟颗粒所导致的大气污染却严重威胁人类健康和发展。柴油机颗粒捕集器（DPF,Diesel Particulate Filter）是目前公认的减少碳烟颗粒排放最有效的策略。而如何实现DPF的再生问题则成为学者的研究重点。其中，钾基催化剂对碳烟颗粒低温燃烧具有较好的催化性能，但是高温环境极易致使钾元素升华，导致催化剂失活。将K固定在稳定的结构上是保证活性和稳定性的一种可行的设计思路。层状结构的K2Ti4O9满足这一构思。本文主要研究内容及结论如下：
　　首先，采用溶胶凝胶法以钛酸四丁酯和乙酸钾为钛源和钾源制得层状结构的K2Ti4O9，对其进行结构表征和活性测试。结果表明，与空白碳烟实验组相比，K2Ti4O9催化剂的引入使得碳烟的起燃温度降低了将近130℃，仅为319℃（松散接触），对CO2的选择性由41.23%升高至93.21%。为进一步探究K2Ti4O9催化剂的稳定性，对其进行老化实验和重复性测试。结果显示，老化温度对K2Ti4O9催化剂活性有影响，原因是高温环境导致K2Ti4O9部分转变为K2Ti6O13。但重复性使用对K2Ti4O9催化剂活性影响较小。经过5次循环测试，碳烟的Tm和Tf仅增加22℃和15℃，且对CO2的选择性仍然高于90%。表明K2Ti4O9催化剂具备良好的催化活性和重复使用性。
　　其次，引入氧化性较强的过渡金属氧化物CuO和MnO2，采用浸渍法制备了不同比例的CuO-K2Ti4O9(X)和MnO2-K2Ti4O9(X)复合催化剂，并对其碳烟催化燃烧过程进行分析和讨论。活性测试结果显示：与纯的K2Ti4O9催化剂相比，CuO-K2Ti4O9(X)和MnO2-K2Ti4O9(X)复合催化剂一方面降低了起燃温度，另一方面使燃尽温度降低了约100℃，极大地缩短了碳烟燃烧时间。优化后的CuO-K2Ti4O9(2)和MnO2-K2Ti4O9(1/2)分别使碳烟起燃温度降至277℃和281℃，并在450℃左右完全实现碳烟颗粒燃烧且具有良好的循环寿命。通过一系列表征结果推测其高活性的主要原因：位于K2Ti4O9层状结构中的K+在体相和表层之间迁移传递电子，诱使K2Ti4O9中的晶格氧转变为活性氧物种；当K2Ti4O9表面引入过渡金属氧化物后，两者的相互作用促使了K2Ti4O9中“泵出”活性氧物种路径的形成：即在界面形成大量的氧空位，K2Ti4O9的晶格氧在K+的作用下活化，并迁移到两者界面补充氧空位。而活性氧物种迁移至过渡金属氧化物后又将诱使过渡金属氧化物作为“反应物”生成更多的活性氧物种。最后，从催化剂表面解离生成的活性氧物种与碳烟颗粒反应生成CO2。在该体系中，催化剂相当于氧物种的中转站，吸附活化气相氧，提高晶格氧的移动性，不断地为碳烟催化燃烧供给活性物种。