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多相催化反应过程非常复杂,对其催化表面物理化学研究存在很大的困难。制备表面结构明确且均一的模型催化剂并研究其在相应反应中的催化性能和反应机理,是从微观角度阐述真实的多相催化反应过程和建立催化剂构-效关系的有效途径。在本博士学位论文中,我们在超高真空条件下制备了传统的CeO2/Au(110)倒载模型催化剂,研究其催化低温CO氧化反应和水气变化反应中的表面反应机理；同时,我们通过原子层沉积方法制备表面结构明确的Ga2O3-Pd/Al2O3模型催化剂,研究其催化乙炔选择加氢反应中的结构-性能关系和催化反应机理,并超高真空条件下研究了三甲基镓在Pd(111)表面的分解行为来理解原子层沉积方法制备Pd-Ga催化剂的过程。本博士学位论文取得的主要研究成果如下：(1) 通过CO,O2和水在CeO2/Au(110)倒载模型催化剂表面的吸附和共吸附控制制备表面吸附物种并研究其表面反应性能,建立了其催化低温CO氧化反应和水气变化反应中生成CO2的表面反应网络,包括：Ce02表面CO与晶格氧反应形成表面的碳酸盐物种并在高温分解生成CO2 (～350 K); CeO2表面CO与吸附分子氧反应形成碳酸盐物种并在高温分解生成CO2 (～290 K); CeO2表面羟基促进的碳酸盐的分解生成CO2 (～210 K); CeO2表面CO与表面羟基反应生成CO2 (～200 K); CeO2表面水促进的碳酸盐的分解生成CO2(-160 K)；Au表面吸附的CO与Ce02表面羟基发生界面反应生成CO2(-130 K)。(2) 研究了三甲基镓在Pd(111)表面的吸附和分解行为和预吸附H,O对吸附和分解行为的影响。140 K三甲基镓在Pd(111)表面解离吸附,形成Ga(CH3)x和CHx物种在表面；Ga(CH3)x的Ga-C键在275-325 K逐步断裂,形成CH3, CH3加氢和脱氢生成CH4(g)和H2(g)。当Pd(111)表面预吸附H时,三甲基镓会与表面的H反应形成一甲基镓,一甲基镓在315 K左右分解生成CH4和H2。当Pd(111)表面预吸附O时,三甲基镓与表面O反应形成Pd-O-Ga(CH3)2中间物种,该中间物种在250 K左右分解生成CH4和H2。(3) 通过原子层沉积方法制备了Ga2O3-Pd/Al2O3模型催化剂,发现Ga203优先沉积在Pd粒子的低配位Pd原子上(如边角位和开放晶面),合适的Ga203沉积量能够将Pd(111)晶面的边角位转变为类{111}平台位。Pd(111)平台位是催化过量乙烯中乙炔选择加氢反应的活性位,因此在Pd粒子表面沉积合适的Ga203能够显著提高催化选择加氢活性；同时Ga203在Pd粒子表面开放晶面的沉积能够抑制开放晶面表面上积碳过程,进而抑制积碳物种扩散至相邻Pd(111)晶面,从而显著提高催化剂的稳定性。该研究结果发展了通过ALD方法在负载型Pd粒子表面选择沉积适量Ga203同时显著地提高其催化乙炔选择加氢反应活性和稳定性的新途径。总之,我们利用具有明确结构的基于单晶的模型催化剂和基于纳米晶的模型催化剂研究并澄清了重要催化反应体系的表面催化反应机理和结构-性能关系。取得研究结果对相关催化反应体系高效催化剂的结构设计具有一定的指导意义。