负载贵金属纳米催化剂在化工、能源、环境中都起着至关重要的作用,也由于其独特的体积效应、表面效应和量子尺寸效应等特征,已经成为催化领域的研究热点。但是目前新型催化剂的设计、开发主要还是以“反复试验”为主。因此如何理性设计高活性、高稳定性的负载贵金属纳米催化剂,是催化领域的挑战课题之一,其关键是深入理解催化剂结构与性能之间的关系。本论文围绕碳材料与TiO₂载体负载的贵金属催化剂的结构与性能关系,及其在苯酚加氢与氧还原反应中的应用开展研究,主要研究了载体及助剂对负载金属催化剂活性的调控作用,并针对典型的苯酚加氢及氧还原反应,设计及制备新型高效催化剂。期望深入理解载体及助剂对负载贵金属催化剂活性的调控作用,进一步实现在苯酚加氢及氧还原反应中的应用。主要研究结果如下:（1）TiO₂与Pt团簇之间具有强相互作用,Pt₁₄团簇在TiO₂（110）表面上立体结构比平面结构更稳定;CO优先吸附在Pt₁₄/TiO₂（110）上远离TiO₂（110）表面的Pt团簇顶部的Pt原子上,同时吸附的CO会弱化催化剂对小分子的吸附能,也会诱使Pt团簇结构发生形变;在常温常压的CO环境中,Pt₁₄/TiO₂上Pt团簇表面倾向于完全被CO所覆盖;而在温度为600 K、CO压力为10^-5到1 atm时,Pt₁₄/TiO₂上Pt团簇表面大部分被CO所占据,但是也会有少量的Pt原子暴露出来;在少量CO覆盖的Pt₁₄/TiO₂上,氧化机理为O₂先解离为单个O原子,CO再与解离的O原子反应生成CO₂;而在高CO覆盖度下,CO会直接与吸附的O₂分子反应生成OOCO^*中间体,再进一步解离生成CO₂。（2）开发了一种易合成的含碱金属的Pd/TiO₂催化剂,在温和条件下（80℃、0.06 MPa）,实现了苯酚加氢的高效转化,苯酚的转化率和环己酮的选择性均可达99%以上;反应动力学数据及TOF值表明碱金属促进了苯酚的转化,但不改变对环己酮的选择性;催化剂稳定性一般,活性降低的主要原因是碱金属流失;碱金属的引入可以促进Pd纳米颗粒的分散,同时改变周围Pd原子的电子结构,使其带负电荷;进而促进了吸附的苯酚羟基中H原子的解离和产物环己酮的脱附;机理研究表明,在Pd/TiO₂催化剂上,苯酚加氢反应同时沿直接加氢和解离加氢路径;而在碱金属促进的Pd/TiO₂催化剂上,苯酚加氢倾向于解离加氢,即羟基中的H原子先解离,再进行加氢到环己酮。（3）石墨烯纳米孔可以诱使金属团簇构型发生变化,提高对金属团簇的结合能,从而提高其稳定性,避免金属团簇的扩散及团聚;石墨烯纳米孔可以调控金属团簇的电子结构,使其d带中心向远离费米能级方向移动,进而弱化金属团簇对CO的吸附,因此可有效避免在CO氧化反应中由于CO强吸附而导致的催化剂中毒问题;石墨烯纳米孔对金属团簇稳定性、d带中心、吸附性能的调控与纳米孔尺寸相关,其相关性呈一定的线性关系:纳米孔尺寸越大,对金属团簇的结合能越强,使d带中心向负能级方向偏移越多,对CO吸附的弱化能力也越强;当纳米孔的尺寸适中时,含有纳米孔的石墨烯负载的Pd团簇对CO和O₂具有相差不多的吸附强度;并结合过渡态计算揭示其可能是良好的CO氧化反应催化剂。（4）制备了SiO₂@C二元载体与SiO₂载体负载的Pd催化剂;在Pd/C催化剂中引入少量SiO₂可以有效提高催化剂对氧还原反应（ORR）的催化性能,在SiO₂与C质量比适当时,Pd/SiO₂@C催化剂具有优于商业Pt/C的ORR催化性能,同时也具有优良的稳定性;表征结果显示在Pd/SiO₂@C和Pd/SiO₂催化剂上,SiO₂起供电子作用,Pd纳米颗粒接收电子,因此带更多的负电荷,进一步被密度泛函理论所证实;所制备的Pd/SiO₂催化剂具有优异的ORR催化性能,比商业Pt/C具有更好的起始电位、半波电位、以及动力学电流密度,也具有良好的抗甲醇中毒性,但是该催化剂的稳定性一般,因为SiO₂会与KOH溶液发生反应。