催化在现代化学化工领域中占有极其重要的地位,纳米材料由于具有尺寸小、比表面积大、表面原子和活性中心数目多等特点广泛应用于催化领域。纳米催化剂的设计与制备是多相催化的核心问题之一,若能针对目前某些传统纳米催化剂存在的结构单一、热稳定性差等问题制备具有特殊结构的新型催化材料,不仅能显著提高反应效率,也对多相催化机制的研究有重要意义。为获得具有高活性高稳定性负载型催化体系,并研究不同形貌氧化锌载体对催化剂催化性能的影响,本研究采用表面结构规整统一的氧化锌纳米线为载体,以湿化学方法合成了氧化锌纳米线负载贵金属催化体系。通过调控负载金属与氧化锌纳米线载体之间的界面结构,使负载金属/合金纳米粒子固定在载体表面,制备了一系列在一氧化碳氧化、水煤气变换和甲醇水蒸气重整反应中具有高活性高稳定性负载贵金属催化体系。采用氧化锌纳米线为载体制备Au/ZnO纳米线催化体系,考察了其在一氧化碳氧化反应中的催化活性和稳定性。结果表明,制备方法、反应液p H值、反应温度和金负载量对催化剂的活性有重要影响。Au/ZnO纳米线催化剂在经过适当的氧化处理后(~400°C),金纳米粒子与氧化锌纳米线之间可以形成外延生长的界面关系,该催化体系在空气中经600°C高温焙烧后仍具有较高的催化活性,相比于Au/ZnO粉末催化剂具有更加优异的耐储存性、抗烧结性和反应稳定性。采用氧化锌纳米线和氧化锌粉末为载体制备Pt/ZnO催化体系,考察了焙烧和还原后处理对不同形貌氧化锌负载铂催化剂在水煤气变换反应中催化活性的影响。结果表明,300°C还原后的Pt/ZnO催化剂活性最高,这是由于适当的还原后处理促进了负载金属与载体之间的相互作用,催化剂表面形成的Pt Zn合金纳米粒子在水煤气变换反应中具有较高的催化活性。当还原温度过高时(~650°C),由于金属与载体强相互作用,部分氧化锌载体迁移至催化剂表面,掩埋活性位点,导致催化剂活性大幅度降低。Pt/ZnO纳米线催化剂在经过适当的还原处理后(~500°C),Pt Zn纳米粒子与氧化锌纳米线之间同样可以形成外延生长关系,与未形成外延生长界面关系的Pt/ZnO纳米线催化剂相比,其在高温水煤气变换反应中具有更优异的循环稳定性和反应稳定性。在催化反应过程中均未探测到其它副产物的生成,Pt/ZnO催化剂的CO2选择性达到100%。考察了氧化锌纳米线负载不同金属以及不同氧化物载体负载钯催化体系在甲醇水蒸气重整反应中的催化性能。结果表明,采用氧化锌粉末和氧化锌纳米线为载体制备的负载钯催化剂在反应中具有较高的甲醇转化率和较低的CO选择性。当金属负载量较低时(<5wt%),Pd/ZnO催化剂表面主要形成PdxZny(x>y)合金,由于结构稳定的PdxZny(x=y)合金更易在ZnO{0001}极性晶面上形成,因而低负载量的Pd/ZnO纳米线催化剂的CO选择性较高。提高金属负载量和还原温度有利于将PdxZny(x>y)合金转化为PdxZny(x=y)合金。Pd/ZnO纳米线催化剂经过适当的还原处理后,Pd Zn纳米粒子与氧化锌纳米线之间形成的外延生长界面关系使其具有更优异的反应稳定性。本研究利用N2吸附脱附测试、热失重分析、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜和透射电镜等测试手段对氧化锌纳米线负载贵金属催化体系的结构进行表征,并与其催化性能进行关联。采用球差校正高分辨透射电镜表征技术(AC-STEM)对催化体系中负载纳米粒子与载体之间的界面结构进行精细分析,对其超常的催化稳定性寻求理论解释。研究结果表明,由于氧化锌纳米线暴露规整统一的Zn O{10-10}非极性晶面,负载金属/合金纳米粒子经过适当的后处理可以与氧化锌纳米线形成外延生长的关系。这种特殊的界面结构可以有效地阻止在高温或长时间催化反应中负载金属/合金纳米粒子在载体表面的迁移,从而抑制团聚和烧结现象的发生。这种基于形貌效应的纳米催化不仅加深了催化剂构效关系的认知,而且对开发新型高活性高稳定性催化体系具有重要的实际应用价值和意义。