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在多相催化中,金属-载体相互作用（Metal-Support Interaction,简称MSI）极大地影响催化剂的催化性能和稳定性,通过调节这种相互作用为催化剂的设计提供了一种新的策略。当前对MSI的研究已发展为一门学科,广泛应用于各类金属催化剂和各种催化反应。对这一效应的研究,始于1978年发现的金属-载体强相互作用（Strong Metal-Support Interaction,SMSI）,当对可还原氧化物载体负载的金属纳米颗粒在一定温度和气氛下进行热处理时,金属氧化物会发生部分还原和质量迁移至金属颗粒上,包覆金属颗粒,从而提供了一种调节金属颗粒的电子结构并抑制金属颗粒的烧结和流失的方式。此后,随着研究的深入,其他各种MSI的作用方式,如电子金属-载体相互作用（Electronic Metal-Support Interaction,EMSI）和共价金属-载体相互作用（Covalent Metal-Support Interaction,CMSI）等,都被陆续发现并运用于改善催化剂的催化活性、选择性和稳定性。各种MSI效应对金属颗粒的尺寸都具有强烈的依赖性,但前期的研究主要集中在大金属纳米颗粒（3-10nm）上发生的各种相互作用现象,而对在小颗粒/团簇/单原子上的研究相对较少。尤其是在小颗粒/团簇/单原子上,普遍观察不到以包覆为重要特征的SMSI现象。针对以上现状,本论文以小尺寸的金属Pt纳米颗粒（2.3 nm）、纳米团簇（1.5 nm）和单原子催化剂为研究对象,通过小颗粒Pt与Co（OH）2间形成活性界面、Pt纳米团簇与TiO2在高温氢气还原下形成金属间化合物、以及不同载体负载的Pt单原子/团簇在高温氧化下的不同结构演变,分别研究了 EMSI、SMSI、CMSI三种典型的MSI方式,填补了以往对小颗粒/团簇/单原子与载体之间相互作用认识的不足。并以CO氧化反应作探针反应,通过同步辐射X射线吸收精细结构谱学（XAFS）、漫反射傅里叶变换红外光谱（DRIFT）、高分辨率透射电镜（HRTEM）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）等探测手段,研究了上述各种相互作用所导致的Pt催化剂结构和性能的变化关系。取得的研究成果具体如下:1.杂化纳米结构Pt@Co（OH）2/SiO2中Pt小颗粒与Co（OH）2间的EMSI作用金属和载体之间可以通过EMSI效应,调变金属的电子结构,从而改变金属的活性,因此构筑金属-氧化物之间的复合纳米结构是实现这一效应的有效方式。本论文中利用浸渍法和尿素沉积沉淀法制备了负载于SiO2载体上的Pt@Co（OH）2杂化纳米结构,其中的Pt颗粒尺寸为2.3 nm。这一复合纳米结构在对CO的催化氧化活性测试中,具有比类似Pt负载量（1%）和粒径（2.6nm）的Pt/SiO2纳米颗粒催化剂高得多的活性和稳定性,在60000 mLg-1 h-1的空速下,在323K就可实现100%的CO完全氧化,表观活化能Ea（33.9 kJ mol-1）也小于Pt/SiO2的Ea=50.7 kJ mol-1,比质量反应速率也比Pt/SiO2高7倍。通过原位XAFS和XPS表征发现Pt在Pt@Co（OH）2/SiO2的价态明显低于Pt/SiO2,但是在XAFS和XPS中均未发现Pt-Co键存在,说明Pt在Pt-OH-Co上发生了电子转移,Pt呈现负电子态Ptδ-,XPS定量拟合分析进一步表明Ptδ-占总Pt含量的6.2%,Pt与Co之间形成界面间的EMSI作用。以CO分子作探测分子的DRFIT测试结果表明,界面上的OH物种很容易与吸附在相邻Pt上的CO发生反应,形成*COOH中间体,随后分解生成CO2。在CO+O2条件下,O2分子被活化为*OOH中间体,与被吸附的CO反应生成CO2。结果表明,EMSI的存在改变了反应路径,Pt-OH-Co通过Mars-van Krevelen（MvK）机制促进CO氧化,活性远高于通过Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理的Pt/SiO2,并且在反应中具有稳定的活性。2.TiO2负载的Pt团簇在高温氢气还原下形成Pt-Ti金属间化合物:SMSI效应在SMSI作用下,金属大颗粒容易被载体包覆,但这一现象在团簇和单原子上很少出现,因此负载型金属团簇与载体间的相互作用并不十分清楚。本论文研究了尺寸为1.5 nm Pt纳米团簇的Pt/TiO2催化剂在高温还原（HTR）处理下的结构演变。通过HRETM、HAADF-STEM、XAFS和DRIFT等详细表征手段,首次发现当还原温度高于400℃时,Pt原子开始形成CsCl型PtTi金属间化合物。700℃还原处理后,依然没有发现包覆层的存在,所有的Pt原子均以PtTi金属间化合物的形式沿TiO2（101）晶面外延生长。PtTi金属间化合物中,Pt原子完全被Ti包围,形成一种类似孤立Pt单原子的双金属结构。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实在高温还原过程中被还原成金属态的Ti原子在高温下有自发进入Pt团簇晶格的趋势,这一过程中的吉布斯自由能ΔG＜0。通过结构优化,最终形成PtTi金属间化合物。以CO氧化作探针反应的催化活性测试表明,PtTi金属间化合物的形成降低了 CO的吸附强度,从而提高了 CO的氧化活性;更为重要的是,形成的PtTi金属间化合物具有很高的热稳定性,因而显著提高了催化剂的耐久性。这项工作是对传统包覆型SMSI的一种补充,对于全面理解和控制MSI,从而调节催化剂的性能具有重要价值。3.Pt单原子/团簇在高温氧化下的金属-载体相互作用:CMSI效应金属-载体相互作用（Metal-SupportInteraction,简称MSI）通过改变金属颗粒的形貌、组分和电子密度,从而改变催化剂的活性、稳定性和选择性。负载型单原子和团簇催化剂在不同温度、气氛下处理,金属和载体的相互作用会随之发生变化。本论文研究了单原子和纳米颗粒共存的Pt/TiO2和Pt/SiO2催化剂在空气中升温煅烧时对金属-载体相互作用的影响。利用HRTEM、HAADF-STEM和XAFS、DRIFT技术探究了两种催化剂的不同结构演变行为。结果表明,经过700℃高温煅烧后,Pt/TiO2中的Pt物种全部表现为单原子,而在Pt/SiO2中则团聚成更大的颗粒。金属氧化物的还原性决定了载体锚定Pt原子的能力:Pt单原子与TiO2可以通过共价金属-载体相互作用（CMSI）固定,因而利于Pt原子分散,而Pt与SiO2不能形成CMSI,故导致颗粒烧结。形成金属与载体之间CMSI效应可作为制备可还原氧化物负载高负载、热稳定的单原子催化剂的通用方法。以CO氧化作探针反应的催化活性测试表明一定比例的单原子和颗粒协同作用能够促进CO氧化。