金催化剂由于在许多化学反应中表现出优异的催化性能而引起人们的广泛关注。但是由于催化剂表面基元反应的复杂性,人们对其催化机理并不是很清楚。气相团簇与小分子相互作用的研究方法可以帮助人们从分子层次上理解复杂的表面催化反应机理,这对于合理设计、改良催化剂具有重要意义。本论文针对含双金的异核氧化物团簇活化H-H、C-H惰性键进行了实验和理论研究,主要内容如下:(1)含双金的钒氧团簇阳离子Au2VO4+促进氢气的连续氧化。采用飞行时间质谱实验与密度泛函理论计算相结合的方法,对含双金钒氧团簇阳离子Au2VO4+与H2的反应进行研究。实验中观察到Au2VO4+可以连续氧化两个H2分子产生Au2VO3+和Au2VO2+,而产生的Au2VO2+又可以与O2反应重新生成Au2VO4+。密度泛函理论计算表明:1)Au原子是吸附H2的活性位点,在分离的Au+与O2-离子对的协同作用下,H-H键异裂活化;2)反应过程中Au-Al化学键的形成和断裂导致的电子存储和释放促进了O2到O2-的转化,进而驱动了催化反应的循环。本工作探究了Au2VO4+中的双金原子在氢气的催化氧化中的作用,为氢气的催化氧化提供分子水平上的反应机理。该工作详见本论文第三章。(2)含双金的铝氧团簇阳离子Au2Al2O3+室温活化甲烷。为了探究两个或多个金原子嵌入氧化物团簇对C-H键活化的影响,我们采用飞行时间质谱实验与密度泛函理论计算相结合的方法研究了含双金的铝氧团簇阳离子Au2Al2O3+与CH4在室温下的反应活性。实验结果表明,Au2Al2O3+可以活化CH4,生成甲基自由基CH3·及金卡宾AuCH2。密度泛函理论计算表明,Au2Al2O3+团簇同时含有O·和Au两个活性位点;并且开始于O·位点和Au位点的反应分别贡献于不同产物CH3·和AuCH2的产生;团簇中的两个金原子在反应历程中形成金二聚体的结构,增强了电子存储能力,降低了第二个C-H键的活化能垒。本研究为甲烷C-H的活化提供了新的视野。该工作详见本论文第四章。