以稀土氧化物CeO₂为载体的Cu系催化剂是PROX反应的经典催化材料,同时在探针反应CO氧化中研究极为广泛。然而,由于结构均一的理想材料体系的缺乏和原位表征手段的较少运用,目前对于涉及此类催化材料中的重要科学问题如活性组分的介观分散状态、微观配位环境、以及与载体的相互作用等仍认识不足。本论文在选择形貌可控的CeO₂为载体的基础上,通过沉积沉淀法成功制备了高分散的CuOx/CeO₂催化剂。通过对催化剂进行不同的预处理和不同载体的选择,分别实现对表面氧化铜物种的调控,并考察其在CO-PROX及CO氧化中的催化性能。使用原位表征技术在原子层面上追踪负载型催化剂的活性组分变化,探讨活性中心与催化活性的构效关系,指导新型铜铈催化剂的设计优化。本论文主要研究内容如下:（1）用于PROX反应的高分散CuO-CeO₂催化剂的活性位点指认CuO-CeO₂催化剂对于CO-PROX反应具有很好的催化活性,但对于相关活性物种及机理路径仍存在很多争议。在对CeO₂负载的亚纳米CuOx团簇的催化活性位点指认的研究中,通过采用沉积沉淀法（DP）合成了一系列不同含量的氧化铜负载的CeO₂催化剂,并采用XRD、Vis-Raman、TEM、XAFS及H2-TPR对其结构进行表征,发现高分散的CuOx团簇以及强相互作用的Cu-[Ox]-Ce是主要的铜物种,在铜含量不高于10 wt%时,无论空气还是氢气预处理的样品均未发现孤立的铜相。催化活性显示,在空速60,000 mL.h^-1.g^-1下,5%和10%Cu在80^-140℃温度区间内,CO转化率>50%,选择性>60%。利用原位X射线吸收精细结构（XAFS）测试手段,结合X射线吸收近边谱（XANES）线性拟合以及扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）数据拟合分析方法,发现在不同反应条件下,通过对铜原子簇的电子结构（氧化还原态）和短程配位结构（Cu-O、Cu-Cu配位原子数）与其H2-TPR及CO-PROX活性进行关联,推测并验证了高分散CuOx（x = 0.2-0.5）原子簇较金属载体间强相互作用的Cu-[Ox]-Ce（x = 0.7-3.2）结构具有更好的催化活性。（2）CO催化氧化反应中CuO-CeO₂催化剂的载体晶面效应本质探索在对CeO₂负载的CuOx团簇的晶面效应对金属-载体相互作用重要性的研究中,选取特定暴露晶面的CeO₂-{111}/{100}纳米球（NS）及CeO₂-{110}/{100}纳米棒（NR）作为载体,采用沉积沉淀法合成了 1 wt%Cu/CeO₂-NR和1 wt%Cu/CeO₂-NS催化剂,球差校正的STEM表征显示CuOx团簇高度分散在CeO₂表面。尽管Cu/CeO₂-NR催化剂的储氧量（OSC）要明显高于Cu/CeO₂-NS,但1 wt%Cu/CeO₂-NR和 1 wt%Cu/CeO₂-NS的CO转化速率（rcO）结果分别为 1.8×10^-6 molCO gcat^-1 s^-1（118 ℃）和5.7× l0^-6molCO gcat^-1 s^-1（104℃）,后者约为前者的3倍,两者活性差异明显。使用氢气程序升温还原（H2-TPR）及X射线吸收近边谱（XANES）线性拟合以及扩展X射线吸收精细结构谱（EXAFS）等表征手段,发现主要暴露低活性晶面{111}/{100}的CeO₂-NS与CuOx团簇弱的作用,可以有效降低还原温度;而CeO₂-NR的活性晶面{110}/{100}诱导产生的Cu-[Ox]-Ce结构,则不利于还原。原位漫反射傅里叶变换红外（in-situ DRIFTS）测试表明并验证CeO₂-{111}表面可以促使界面处CuOx团簇更容易还原到Cu+,而更多的Cu+-CO(2105 cm^-1)活性位点是其体现高活性的主要因素。（3）高分散CuO-CeO₂催化剂高温处理下的表面重构对其催化活性的影响探究近期的研究表明,CeO₂纳米棒在高温环境下并不稳定。在对CuOx团簇负载的CeO₂纳米棒在晶面重构方面的初步探索中,选取特定暴露晶面{110}/{100}的CeO₂纳米棒经高温煅烧表面发生重构,由{111}及少量{100}晶面取代{110}和{100}晶面,引起CuO与CeO₂载体表面相互作用发生变化,催化剂更易被还原,与CO接触后产生更多Cu+-CO,从而表现出优异的催化活性。高温煅烧催化剂发现同样能够引起表面重构,并且CuCe（800-4）催化剂表现出最优的催化性能。初步的结果显示,尽管煅烧会导致比表面急剧下降,但载体表面出现了一些缺陷位点。晶面重构和缺陷位点引起的CuO与载体CeO₂相互作用的差异可能是导致活性提高的根本原因。这一发现有助于高性能铈基催化剂的优化设计和合成。