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微量CO的消除在空气净化、气敏、燃料电池以及汽车尾气处理等方面具有重要科学意义和应用前景。利用负载型Au基催化剂催化氧化CO是最为简单有效的方法之一。为了探究纳米Au催化剂催化氧化CO的反应本质,研究者们做了大量的工作并得到了众多共识。但由于反应物、中间物种以及产物在CO氧化反应中化学行为的复杂性,Au基催化剂低温催化氧化CO(特别是在氢气气氛下)的反应机理和作用本质仍然存在诸多疑问和争论。本论文通过改良的沉积沉淀法制备了负载型纳米Au/TiO2和Au-Ag/TiO2两种Au基催化剂,对其形貌、组成以及结构做了表征,采用结合质谱分析的程序升温表面反应(TPSR-mass)表征手段深入研究特定温度(T=30～80 ℃)下Au基催化剂催化氧化CO反应中CO、O2、H2的作用行为,并结合TPD、FTIR考察的CO、O2、H2在催化剂表面的化学吸附行为结果,阐明了反应过程中各反应物种、中间物种以及产物的具体化学行为及其在真实反应条件下的贡献,初步探讨了 Au基催化剂催化氧化CO的作用本质。通过研究得到以下结论:(一)催化剂Au/TiO2催化氧化CO的过程是一个多反应过程,在贫氧气氛(CO气体中含有痕量的H2O和O2)中时,该反应中有两种氧化剂(H2O和O2)共涉及四种反应:(1)H2O为氧化剂时,发生三种反应:(ⅰ)H2O氧化吸附在载体TiO2上的CO形成Ti-COOH中间物种,Ti-COOH在80 ℃时热分解生成CO2和H2O;(ⅱ)H2O氧化吸附在Au粒子上的CO分子生成CO2;(ⅲ)H2O氧化吸附在Au粒子上的CO分子释放出CO2和H2,发生水煤气转换反应。(2)O2为氧化剂时,还发生下述反应:(ⅳ)物理吸附的分子O2氧化吸附在Au粒子上的CO生成CO2。其中,H2O以表面端羟基(Ti4+-OH)的形式氧化CO,该反应独立于O2氧化CO的反应而存在。(二)在氢气气氛中时,H2的存在对Au/TiO2和纯TiO2在催化氧化CO的反应中产生的影响不同。对于Au/TiO2催化剂,H原子从Au溢流到载体上,有利于活性物种端羟基Ti4+-OH的形成,从而促进CO在催化剂Au/TiO2上发生低温(<80 ℃)氧化;对于纯TiO2,H2消耗纯TiO2表面的活性物种端羟基Ti4+-OH形成惰性物种桥羟基Ti4+-OH-Ti4+,从而抑制CO在纯TiO2的上低温氧化。此结果也表明,并不是催化剂表面的所有羟基都能氧化CO。(三)在富氧气氛中时,CO在Au基催化剂上的氧化仍然以O2氧化为主,这可以从Au-Ag/TiO2的氧化的过程中得到验证。比较Au/TiO2、Ag/TiO2和Au-Ag/TiO2三种催化剂低温催化氧化CO的性能发现,双金属Au-Ag/TiO2催化剂活性最好。基于对催化剂的CO吸附DRIFTS和EPR测试结果,我们认为Ag的引入弱化了 Au与载体之间的强相互作用(SMSI),改变了催化剂的结构和性质,使得双金属Au-Ag/TiO2催化剂对CO和O2都有着很好的吸附活化能力,使得O2氧化CO的反应可以更容易进行。也就是说,含氧气氛中CO在Au-Ag/TiO2催化剂上的氧化仍然以O2氧化为主,这与Au/TiO2在富氧气氛中的TPSR研究结果是一致的。论文的主要创新点在于:(1)利用TPSR-mass表征手段、设计特定温度(T=30～80℃)范围考察了不同反应物在Au基催化剂催化氧化CO的行为与作用;(2)反应气体的分步引入、CO气体中H2O、O2的痕量控制可大大减缓CO氧化的反应速率,从而有利于在宏观时间体系中考察CO在催化剂表面的微观反应行为;(3)TPSR-mass表征手段为探究相关催化反应的反应本质提供了新思路。