以CeO2为载体的负载型催化剂被广泛应用到各种反应过程，例如CO低温氧化和CO选择性氧化(CO-PROX)，Pd或Cu常分别作为这两个反应的金属活性中心。一般认为，活性金属和CeO2之间会发生形貌重构和价态改变，产生金属-载体间强相互作用，得到的特殊活性位点以及协同效应是优异催化性能的关键。因此，从催化剂设计角度来说，如何调控活性金属和CeO2的界面，强化相互作用从而提高反应效果受到了越来越多的关注。另一方面，相互作用所导致的形貌重构和价态改变十分复杂。这使得研究者们在认识协同作用、确认活性物种以及阐述构效关系等方面仍然面临着巨大挑战。
　　本文选择CeO2负载Pd或Cu的催化剂，通过改进制备方法调节活性金属和CeO2间相互作用，探究了相互作用的形成机制。并以此为基础，优化催化剂的结构，提高了催化剂的CO低温氧化和CO-PROX活性，较系统地阐明了催化剂的结构变化以及反应机理。主要内容如下:
　　首先采用改进的反应沉积方法，合成出一系列相互作用变化的PdO/CeO2催化剂。表征发现，当CeO2具有丰富的氧空穴时，催化剂上形成了超薄纳米团簇状Pd-Ce混合氧化物。这种结构拥有特殊的Pd吸附位点和良好的氧化还原能力，是相互作用的关键。CO低温氧化反应中，CO直接吸附在Pd位点上，然后与周围的活泼氧结合生成CO2。之后，O2会迅速解离并填充结构中失去活泼氧的位置。整个过程伴随着Pd2+/Pd4+的相互转化。由于CO的吸附和O2的解离发生在不同位置，Pd-Ce混合氧化物的反应遵循非竞争性机理，拥有高活性。然而，当CeO2不具有氧空穴时，催化剂上将形成典型PdO团簇。反应时，PdO被还原为金属Pd，CO和O2竞争吸附在Pd表面并生成CO2。竞争吸附使得CO氧化过程遵循竞争性机理，PdO由此表现出低活性。不同含量的CeO2氧空穴导致形成不同比例的Pd-Ce混合氧化物和PdO，催化剂因此表现出不同程度的相互作用和催化性能。
　　其次采用双氧水调控CeO2表面，合成出一系列相互作用变化的CuO/CeO2催化剂，用于CO选择性氧化反应。结果发现，CeO2的表面两电子氧空穴影响相互作用。首先两电子氧空穴吸附氧气形成过氧官能团O22-。CuO负载时，Cu2+填入O22-得到Cu-[O]x-Ce，O22-的额外两电子在Cu-[O]x-Ce上再分散产生成对的Cu+-Ce3+。由于界面的结构和电子性质改变，CuO和CeO2间形成了相互作用。这时的CuO团簇呈现配位不饱和的状态，氧化还原能力获得提升。当两电子氧空穴减少时，相互作用减弱，CuO的配位不饱和程度和氧化还原能力随之降低。CuO团簇的这些变化改变了催化活性。除了表面两电子氧空穴外，CeO2的表面性质还包括暴露的不同晶面。其中，CeO2的{110}和{100}晶面能诱导CuO/CeO2产生配位不饱和CuO。此时的催化剂仍有相互作用，表现出良好的催化效果。CeO2的{111}晶面则诱导CuO/CeO2产生符合化学计量数的CuO。催化剂不具备相互作用，表现出低活性。
　　基于以上的发现，采用超声辅助的共沉淀方法，制备一系列相互作用变化的CuO/CeO2催化剂。适当的超声时间明显增加了CeO2表面两电子氧空穴的含量。催化剂中更多的Cu-[O]x-Ce强化了相互作用，CO-PROX活性提高。机理研究发现，配位不饱和CuO中的Cu+提供了CO的吸附位点，氧化还原能力提升得到的活泼氧迅速地将CO氧化，O2则补充进入形成新的活泼氧。整个过程伴随着Cu2+/Cu+和Ce4+/Ce3+的转化。催化剂遵循非竞争性机理，拥有良好的反应活性。催化剂的结构变化影响活泼氧的循环能力，却并不影响吸附位点Cu+的量。活性氧的循环能力和反应速率线性相关，是造成催化活性改变的关键因素之一。
　　适当负载量的CuO配合CeO2表面两电子氧空穴才能产生最佳的活性。除了找到最佳CuO负载量外，本文进一步探究了CuO的结构和性质。催化剂上产生了一系列不同的Cu物种，这些物种拥有不同的氧化还原能力，并在CO-PROX反应中扮演了不同的角色。同CeO2相互作用最强的Cu-[O]x-Ce具有优良的氧化还原能力，能选择性氧化富H2条件下的CO。同CeO2相互作用较弱的无定形CuOx团簇具有较弱的氧化还原能力，会同时氧化CO和H2，极大地降低CO-PROX的选择性。同CeO2相互作用最弱的聚集态CuOx团簇具有最差的氧化还原能力，对CO和H2的反应活性都很低。这三类Cu物种的相对比例随着负载量的调整而发生变化，协同影响催化效果。