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现代工业技术的发展为人类提供了前所未有的高质量生活，但严峻的环境污染和频现的能源危机为此蒙上了挥之不去的阴影。氢气作为一种可再生的清洁能源，以质子交换膜电池(PEMFCs)形式使用日益受到青睐。然而，工业氢气中残留的少量CO（约1％）对燃料电池的电极有致命的毒害作用，需要经过纯化将其降低到10ppm以下。相对于其它去除CO杂质手段，富氢气流中优先催化氧化CO(PROX)可以显著降低氢气损耗和能量消耗，是最经济有效的氢气纯化方法。根据活性金属种类，PROX催化剂主要有两大类:1，贵金属基催化剂（NM）;2，铜铈基催化剂。在实际应用中，为简化管理程序，PROX反应装置需要集成到氢气制备体系中以提高纯化效率和热能利用率。这种集成系统要求催化剂能够在包含接近200℃高温的宽温度窗口内(100-200℃)运行。 然而，现有PROX催化剂的活性中心在高温强还原气氛下容易变性失活。例如，载体过度还原或贵金属团聚导致负载型Pt基催化剂界面CO氧化活性中心失活。铜铈基催化剂界面Cu+-O*活性中心的亚铜物种偏析或活性氧扩散也会引起催化剂不可逆失活。相比之下，在限域结构中，催化剂活性物种的位置固定，化学状态能够保持动态稳定。因此，希望采用界面限域活性位点的方法，获得氢气纯化用界面限域活性位点纳米催化剂。 本论文系统地研宄了界面限域金属-羟基(M-OHx)活性位点的纳米催化剂的合成、结构及其对富氢气流中一氧化碳优先催化氧化性能影响。尤其是利用“界面限域活性位点”的方法，制备出多种用于富氢气流中选择性除去CO的催化剂。这些催化剂具有工作窗口宽，转化效率高的特点，特别适用了氢气制备-纯化-质子交换膜燃料电池集成系统。本论文所体现的纳米材料设计思路与合成方法对杂化材料制备有普遍的启发意义，也为其他催化反应用催化剂的设计和制备提供了参考。得到的主要认识和结论表现在2大方面。 在贵金属负载基催化剂方面，得到的主要结论: (1)为克服载体过度还原导致贵金属催化剂PROX催化剂失活，将Pt纳米颗粒沉积于具有稳定价态的六角Mg(OH)2纳米片。研究发现Pt纳米颗粒选择性生长在六角纳米片的边缘区域，并且与OH成键，形成具有水合结构的Pt-OHx@Mg(OH)2-E复合催化剂。该催化剂可以在120-220℃高温宽窗口内完全除去CO。原位红外等手段研究表明，边缘位点限域的Pt-OHx物种是CO优先氧化活性中心。 (2)基于密度泛函理论计算，采用边缘羟基重构驱动的边缘负载贵金属方法，制备了杂化纳米催化剂NM-OHx@Mg(OH)2-E(NM=Pd，Ru，Rh)。通过实验设计，并结合实时透射电镜观察，首次揭示了其复杂的合成过程，即包含贵金属离子基团在边缘位点上的选择性吸附，原位成核，局域化生长三个过程。 在铜铈基催化剂方面，得到的主要结论: (3)利用金属-氧化物异质结构之间的电子传递，有效地将高浓度氧空位锚定在CeO2-x/Cu反式催化剂界面处。界面氧空位与水分子作用产生活性羟基，形成界面限域的Cu+-O*/OH-Ce3+活性中心。CeO2-x/Cu催化剂能够在高温宽窗口(120-195℃)内运行，将富氢气流中CO杂质降低到10ppm以下，并且具有优异的熄火-启动性能。变温原位红外表明，CO优先氧化与Cu+-OH物种关系密切。 (4)通过多步化学合成，在CeO2纳米颗粒表面创造无序纳米坑洞，并同时产生Cu单原子。PROX条件下，Cu1+/CeO2催化剂中生成单原子级Cu1+-OH活性中心，并在30-240℃的宽窗口内保持动态稳定。Cu1+/CeO2催化剂能够在130-200℃的宽温度窗口内完全除去CO，并且200℃时的TOF值高达2499h-1。PROX催化机制研究表明，Cu单原子诱导Cu1+/CeO2催化剂界面产生Ⅱ型桥式羟基，促进了甲酸物种和易分解的碳酸氢根中间物种的产生。这种催化机制与同族的Au纳米催化剂反应机制类似，但完全不同于传统CuO-CeO2生成碳酸根中间物种途径。