过渡金属氧化物在催化中常作为催化剂的载体、助剂或直接作为活性组分，催化剂的活性或选择性常常受所使用的过渡金属氧化物的影响。例如对铑基催化剂CO加氢制C2化合物，添加锰助剂能显著提高铑催化剂活性，同时又能维持或提高C2含氧化合物的选择性，但助剂作用的本质还存在争议。钒基催化剂在丙烷氧化反应中具有较好的活性和选择性而被广泛地研究，但对于钒基催化剂反应活性相(活化位，脱氢位，燃烧位)的认识还不够清楚。这些问题一方面是由多相催化剂的复杂性造成的，另一方面是由于目前用于催化剂表征的物理化学手段如X-射线衍射、拉曼和红外光谱等，并不具有表面敏感性，催化剂表面的组成和价态及组分之间的相互作用并不清楚。具规整结构的模型催化剂，在研究催化反应机理和金属与载体相互作用方面具有特殊的优势，可以利用表面科学手段，对模型表面的组成、价态和结构进行详细表征。生长在单晶基底上的金属氧化物膜跨越了真实催化和表面科学之间的材料差距，为利用表面科学手段进行表征提供了桥梁。本论文主要通过制备结构规整的氧化物模型表面，利用表面科学手段对模型表面进行表征，并将催化剂模型应用于催化反应，阐明催化剂的构效关系。本论文主要探索了MnOx/Rh(111)和VOx/Rh(111)模型催化剂的制备条件，并对模型催化剂的组成、结构、稳定性进行了表征，最后利用反射吸收红外光谱对VOx/Pt(111)模型表面的丙烷氧化反应性能进行了考察。　　 对Rh(111)上的锰氧化物膜，在1×10-7 Torr的氧气氛中，700 K氧化能得到有序的外延生长薄膜，并按层-层生长模式(layer-by-layer)。提高温度处理能够促进薄膜的长程有序性，但对厚的氧化物膜过高的温度处理可导致薄膜的三维体相化。XPS和HREELS证明低覆盖度时锰形成MnO，高覆盖度时形成具尖晶石结构的Mn3O4。1000 K以下真空退火，Mn3O4能稳定存在，不会分解为MnO。　　 钒氧化物在1×10-7 Torr O2中623 K氧化时，可按层.层生长模式在Pt(111)表面生成钒氧化物薄膜。0.5 ML以下时，形成具V=O的高分散钒氧物种，该物种在还原条件下，如真空退火或吸附CO(1×10-8 Torr)，易聚集形成具(2×2)结构的二维网状表面-V2O3(s-V2O3)。0.5-1 ML时，表面物种为s-V2O3，特征能量损失峰为69 meV，s-V2O3在氧化(P=1×10-7 Torr O2，T=773 K)和还原条件(UHV，T=773 K)下都很稳定。1-2 ML，钒氧化物在Pt(111)表面形成双层膜结构，表面能量损失峰低移至62 meV，为一个比较宽的峰，其低能电子衍射图案和z-TiOx相同，故定义为z’-VOx的。大于2 ML时，HREELS谱中含双层结构的z’-VOx和体相V2O3的振动，可能形成体相V2O3纳米粒子。不同厚度的钒氧化物膜的稳定性为：1 MLVOx>2 MLVOx>2 ML以上的VOx。CO吸附实验表明，钒氧化物不影响Pt上CO的吸附位置，1 ML以上的钒氧化物能很好地覆盖Pt(111)表面，所以VOx/Pt(111)适合作为模型催化剂。钒氧化物模型表面暴露在1 Torr O2中，通过RAIRS观察到位于1038 cm-1处的V=O物种显著增加，这种V=O物种在室温即可被丙烷还原。与单独钒基催化剂(>300℃)和负载的铂催化剂(>200℃)相比，具有更高的低温丙烷氧化活性(<70℃)。低负载量的VOx表面活性比高负载量的活性高，这可能与V-Pt的协调作用有关。通过CO毒化实验证明了Pt对提高钒氧物种氧化性的作用，Pt可能通过两种途径促进钒的催化活性：(1)促进氧的吸附、解离和在表面的迁移，提高了钒的氧化活性。(2)通过电子相互作用改变催化剂活性。