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上世纪末，随着纳米科技的飞速发展，催化科学进入真正的纳米催化（nanocatalysis）时代。自纳米催化概念的提出开始，纳米催化经历了迅速的发展，取得了令人瞩目的研究成果和进展。然而随着催化理论知识的加深，纳米催化面临新的巨大挑战。催化剂是一种纳米尺度的引擎，为保证这些引擎能够很好地推动未来科技的进步和发展，在1纳米至1微米的尺度内精确控制催化剂的组成和结构是十分必要的。为实现这一目标，纳米催化应首先在不同维度实现纳米催化剂的可控制备，然后建立合理的模型催化剂，借助多种表征方法和计算手段等研究催化剂的“构效关系”。目前尽管模型催化已取得大量有意义的研究结果，大多数模型催化仍主要集中于高真空（ultra-high vacuum，UHV）系统和单晶面模型催化剂的研究。即使随着原位和升高压力表征手段的出现，模型催化研究得到了一定拓展，如何克服模型催化剂和工业催化剂间的“材料鸿沟”和“压力鸿沟”仍是一种巨大挑战，开发新型模型催化剂是十分必要的。同时由于纳米催化剂种类和结构繁多，不同催化剂和反应体系纳米催化“构效关系”的研究还有待开展。基于纳米催化的以上研究现状，本文从Pd、Au纳米粒子出发，制备2D和3D负载型模型催化剂，同时实现纳米粒子和负载型模型催化剂的可控制备，采用AFM、XPS等多种表征手段进行表征，进一步克服模型催化剂和工业催化剂间的两大“鸿沟”，并研究了2D和3D Pd、Au负载型模型催化剂上CO氧化反应的“构效关系”。主要研究内容和取得的研究结果如下：1.采用化学还原法，制备了不同粒径的Au纳米粒子，考察了还原剂种类、还原剂添加方式、前躯体浓度等多种因素对Au纳米粒子粒径的影响；借助硅烷偶联剂实现了Au纳米粒子在硅片表面的2D组装，通过AFM表征考察了组装过程各因素对Au纳米粒子在硅片表面分布的影响。结果表明，以NaBH4为还原剂时，在PVA与Au4+质量比为1.5/1，NaBH4与Au4+摩尔比为5/1的条件下，能够制备平均粒径为3.0nm的粒径均一的小粒径Au纳米粒子；100oC下，以柠檬酸三钠为还原剂，保证体系中柠檬酸三钠与Au4+摩尔比为4/1时，能够制备成单分散性的具有较大粒径的Au纳米粒子，平均粒径为15.2nm。Au纳米粒子的2D组装结果表明相对于硅片，Au纳米粒子更易于在云母片表面进行吸附。但通过硅烷偶联剂APTMS-甲醇溶液对硅片进行硅烷化处理后，Au纳米粒子能够在改性后的硅片表面形成具有不同密度分布的2D结构。APTMS-甲醇浓度为1wt%，溶胶浓度为0.096mmol·L-1，组装时间为4h是Au纳米粒子在硅烷化硅片表面形成高密度单层2D组装结构的最佳条件。同时，Au纳米粒子的2D组装表征建立了AFM系统表征纳米粒子特别是小粒径纳米粒子的方法，表明AFM是2D负载型模型催化剂的有效表征手段。2.采用化学还原法，通过调节多种因素成功制备了不同形貌和粒径的Pd纳米粒子；借助AFM表征研究了Pd纳米粒子在2D基底表面的组装。结果表明，以CTAB为保护剂，常温下采用本实验室具有知识产权的UAMR反应体系，当溶液总体积为200mL，溶液中前躯体Pd2+、还原剂NaBH4和保护剂CTAB的浓度分别为5、15和100mM时，制备的Pd纳米粒子粒径均一，平均粒径为2.8nm；当反应温度为95oC，反应体系溶液总体积为100mL，前躯体Pd2+、还原剂抗坏血酸浓度分别为0.5和0.8mM，保护剂CTAB与Pd2+摩尔比为25时，制备的Pd纳米粒子具有规整的立方体形形貌，其对角线长约20.5nm。采用“沉积-再分散”方法去除Pd纳米粒子溶胶中过多的CTAB后，能够实现立方体形Pd纳米粒在云母片和硅片两种基底表面的2D组装，组装结果表明Pd纳米粒子更易于在亲水性强的基底表面吸附组装，而且能够在经Piranha溶液处理后的硅片表面实现2D组装，为后续2D Pd负载型模型催化剂的制备奠定了基础。3.从Pd、Au纳米粒子出发，采用竖直浸渍提拉法将Pd、Au纳米粒子负载于硅片表面，形成2D负载型模型催化剂，采用自行设计、优化的评价反应器和评价体系对其上CO氧化反应进行初步探索。研究结果表明，评价反应体系及质谱分析方法合理，适于研究2D模型催化剂上CO氧化反应行为。2D立方体形和球形Pd纳米粒子模型催化剂即Pd-C/silicon wafer、Pd-S/silicon wafer和2DAu纳米粒子模型催化剂即Au/silicon wafer、Au-PVA/silicon wafer和Au-film-commercial中，催化剂基底性质和纳米粒子形貌等对催化剂表面吸附氧的能力有重要影响，表面吸附氧能够促进CO氧化反应，Pd-S/MgO (100)因其表面吸附氧含量远远大于其他催化剂，对CO氧化的催化效果最佳。4.从Pd纳米粒子出发，采用浸渍法将球形和立方体形Pd纳米粒子负载于碱性不同的三种载体MgO、SiO2和TiO2上形成3D负载型模型催化剂，研究了3D Pd负载型模型催化剂上CO氧化反应中的“形貌效应”和“载体效应”。结果表明，六种Pd负载催化剂上CO氧化活性按照Pd-C/TiO2<Pd-C/SiO2<Pd-S/TiO2<Pd-S/SiO2<Pd-C/MgO <Pd-S/MgO依次增加。其中Pd-S/MgO催化剂对CO氧化的催化效果最佳。由“温度依赖性”CO-DRIFT实验和CO-TPD结果可知，立方体形和球形Pd纳米粒子催化剂两种催化体系中，载体碱性对CO分子在催化剂表面吸附行为的影响规律相同。载体碱性的增强有助于提高CO分子在Pd0表面的吸附强度和吸附稳定性。CO分子在立方体形和球形Pd纳米粒子表面均为桥式吸附。载体碱性越强，CO在相应Pd催化剂上的吸附峰位置红移越厉害。催化剂载体对CO吸附行为的这种碱性效应符合Blyholder的“donor-acceptor”模型和Hammer的“donor-back donation”模型。Pd纳米粒子负载催化剂的载体效应和Pd纳米粒子对CO氧化反应的形貌效应均符合“火山形曲线”理论。