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多相催化反应多在催化剂表层发生,明确表面结构与催化性能之间的关系对于设计、优化工业催化剂具有重要作用。随着科技的发展,特别是各种基于超高真空表面科学仪器的出现及升级,使得从分子原子水平上研究催化表层结构与性能之间的关系成为可能。模型催化正是利用各种表面科学技术手段,采用结构明确的单晶作为基底,蒸着金属、氧化物等至其表面,构筑结构明确的模型催化剂,从原子分子水平上研究催化活性位本质及反应机理。在本论文中,针对甲醇合成中广泛使用的铜锌铝及锌铬催化剂,我们采用了 ZnO(0001)-Zn单晶作为模型催化剂的基底,分别蒸着Cu、Al2O3、Cr2O3至其表面,分析模型催化剂的生长模式,研究各反应条件下表面状态的变化,以期从分子原子水平上更深一步了解各组分的作用。同时,为进一步验证模型催化体系的结论,我们设计并合成了实际负载型的Cu/Al2O3、Cu/ZnO催化剂,通过原位傅里叶转换红外光谱(in situ FTIR)及准原位X-射线光电子能谱和低能离子散射谱(ex situ XPS-LEISS)对催化剂的表面结构及反应中间物种进行分析,验证模型催化体系的结论,更深一步分析催化表面结构与性能的关系。本论文主要亮点是:设计并构筑Al2O3/ZnO(0001)-Zn、Cu/ZnO(0001)-Zn、Cu/Al2O3、Cr2O3/ZnO(0001)-Zn等模型催化表面,明确各模型催化剂的生长模式,通过XPS、LEISS分析,发现适量Al2O3的存在能够稳定Cu+,且还原过程中Cu逐渐被ZnOx包覆或部分包覆,通过浸渍法制备了各负载量的Cu/Al2O3、Cu/ZnO催化剂,并采用多种(准)原位谱学手段对其氧化还原及CO/CO2 + H2的反应过程进行跟踪研究,同样发现Al2O3具有稳定Cu+的能力,且相对于Cu/ZnO,Cu/Al2O3表面有更多的甲酸盐物种生成,对Cu/ZnO,还原过程中同样出现ZnOx包覆现象,且CO/CO2 +H2的反应过程中ZnOx包覆层依旧存在。