负载型纳米Au催化剂做为纳米催化的代表性体系在多相催化中被广泛研究。金属氧化物负载载体的纳米Au颗粒在许多反应中表现出优异的催化活性,相应的,许多催化反应机理也被提出。但是到目前为止,这些反应机理还缺乏一些关键的实验证据,即使对于CO氧化反应。本篇博士论文以负载型金纳米催化剂为研究体系,围绕Au纳米颗粒尺寸和Au-载体相互作用来研究负载型金纳米催化剂在CO氧化反应和丙烯与H₂和O₂环氧化反应中的结构-性能关系和催化反应机理。取得的主要研究成果如下：1.利用时间分辨原位漫反射红外光谱原位动态研究了Au颗粒尺寸在1.7±0.6到3.7±0.9 nm范围内的Au/CeO₂催化剂室温催化CO氧化反应中表面物种的演变过程,观察到Au纳米颗粒尺寸依赖的表面化学反应通道。CO在Au/CeO₂催化剂表面吸附形成CO（a）、碳酸盐、碳酸氢盐、以及甲酸盐等表面物种,这些表面物种均可以发生氧化反应生成CO₂,但其氧化反应性能表现出不同的Au纳米颗粒尺寸依赖性：CO（a）本征氧化反应速率不依赖于Au纳米颗粒尺寸,因此减小Au纳米颗粒尺寸将增加CO（a）的浓度从而增加CO氧化反应速率；碳酸盐、碳酸氢盐、以及甲酸盐的本征氧化分解反应速率敏感依赖于Au纳米颗粒尺寸,大尺寸的Au颗粒有利于该表面氧化反应通道。2.利用原位漫反射红外光谱研究了CO和CO₂在不同形貌的CeO₂和锐钛矿TiO₂纳米晶表面的吸附,观察到显著的纳米晶暴露晶面依赖的吸附物种。吸附在金属阳离子位的CO或者CO₂分子和与O位相关的双齿和桥式碳酸盐对于表面金属阳离子和O离子的配位环境以及表面组成很敏感,可以用来区分氧化物纳米晶的不同晶面表面结构。CO化学吸附生成的碳酸盐和carbonite物种可以用来探测CeO₂的不同晶面；CO化学吸附生成的碳酸盐物种可以用来探测锐钛矿TiO₂的不同晶面。3.以主要暴露{001}面的锐钛矿TiO₂纳米晶、主要暴露{100}面的锐钛矿TiO₂纳米晶、主要暴露{101}面的TiO₂P25为载体,系统研究了TiO₂形貌对Au-TiO₂相互作用、Au/TiO₂催化剂结构和在C₃H₆与H₂和O₂的丙烯环氧化反应中的性能。以CO吸附做为探针,观察到TiO₂形貌依赖的Au-TiO₂相互作用和催化剂结构：Au在TiO₂-{001}表面负载会形成表面氧空位,从而产生最多的Au^δ-；而TiO₂-{100}表面在Au负载后仍然维持完整的化学计量比,从而产生最多的Au⁸⁺。Au^δ-物种有利于H₂和O₂反应生成H₂O₂；Au^δ-与具有弱吸附能力Ti⁴⁺形成的界面是催化C₃H₆与H₂和O₂环氧化反应的活性结构,Au/TiO₂-{001}具有最多的Au^δ--弱吸附能力Ti⁴⁺界面结构,从而表现出最高的C₃H₆与H₂和O₂环氧化催化活性。Au/TiO₂-{001}催化剂结构与Au的担载量相关,增加Au担载量至4.97%增加Au^δ-弱吸附能力Ti⁴⁺界面结构,从而增加C₃H₆与H₂和O₂环氧化催化活性；但继续增加Au担载量至9.96%时Au^δ+物种增加很多,从而减低C₃H₆与H₂和O₂环氧化催化活性。对应的原位漫反射红外光谱表征结果表明环氧丙烷在9.96%-Au/TiO₂-{001}催化剂表面的的吸附变强,增加了催化剂表面环氧丙烷的进一步氧化反应几率,从而降低了环氧丙烷的选择性。4.研究了氢化处理对在不同形貌的锐钛矿TiO₂纳米晶结构和光解水催化性能的影响,观察到显著的形貌效应。主要暴露{001}面的TiO₂纳米晶（TiO₂-{001}）在氢化处理下产生了主要分布在次表层/体相的F1+色心和Ti3+物种；主要暴露{100}面的TiO₂纳米晶（TiO₂-{100）)在氢化处理下产生了同时分布在表面和次表层/体相的O₂-物种、F¹⁺色心、Ti³⁺物种、Ti⁴⁺-O·自由基物种；主要暴露{101}面的TiO₂纳米晶（TiO₂-{101}）在氢化处理下产生了同时分布在表面和次表层/体相的O₂-物种、F1+色心、Ti³⁺物种。这些缺陷物种的存在增强TiO₂纳米晶的光激发形成载流子的能力,但同时增强光生载流子复合的几率,因此氢化的TiO₂-{100}和TiO₂-{101}纳米晶的光解水催化活性分别与TiO₂-{100}和TiO₂-{101}接近。但是氢化TiO₂-{001}纳米晶计量比的表面与拥有高浓度F1+色心、Ti_bulk³⁺物种的次表面形成了一个附加电场,该附加电场的形成有效促进表面电荷分离,使得氢化TiO₂-{001}纳米晶的光解水催化活性远高于TiO₂-{001)纳米晶。