介孔二氧化硅中空球因其具有高比表面积和大孔体积而备受关注,此外易于改性和稳定性好的优点也受到纳米材料研究者的青睐。通过对介孔二氧化硅中空球功能化,如表面接枝、聚合物修饰、负载金属或氧化物等,可得到广泛应用于催化、储能和医药等领域的中空介孔纳米反应器。在催化领域,直接影响纳米反应器催化性能的主要因素是介孔二氧化硅中空球固有的接触面积、介孔尺寸以及引入的活性位点。此外,已有研究证明了过渡金属卟啉因其具有良好的M-N4结构,热解过程中会提升抗金属烧结能力,并转化为对乙苯的选择性氧化起促进作用的活性位点M-Nx。因此,本课题设计了三种基于介孔二氧化硅中空球的纳米反应器。分别采用不同的手段将介孔二氧化硅中空球与金属卟啉进行组装,形成钴/氮/碳修饰介孔二氧化硅中空球的纳米反应器,并考察了它们对乙苯的氧化性能。具体研究内容如下:1、通过浸渍法制备了介孔二氧化硅空心球内部负载Co-Nx-C的中空纳米反应器。首先根据改进的St?ber法,调节硅前驱体的浓度可以得到比表面积从373.9 cm2/g增大到943.6 cm2/g的介孔二氧化硅中空球。再以过渡金属钴卟啉为Co-Nx-C前驱体,通过浸渍法嵌入到介孔二氧化硅中空球的内壁上和空腔中,最终热解得到了内部负载Co-Nx-C的介孔二氧化硅中空纳米反应器（Co-Nx-C@mSiO2）。此外,探究了不同比表面积的纳米反应器催化乙苯氧化的催化性能,其中比表面积为707.6 cm2/g的纳米反应器Co-Nx-C@mSiO2-1表现出较高的催化活性与稳定性。通过一系列的表征分析,认为Co-Nx-C@mSiO2-1纳米反应器的优异催化性能,归结于它所具有的均匀介孔结构、高比表面积和微球中分布均匀的Co-Nx-C活性位。2、对介孔二氧化硅中空球进行改性和功能化,通过原位合成法制备三明治状的Co-Nx修饰的碳@二氧化硅@碳纳米反应器（Co-Nx-C/C@mSiO2）。在具有大比表面积的介孔二氧化硅中空球的内壁和外壁上同时引入碳前驱体酚醛树脂与金属前驱体钴卟啉,然后经过高温热解获得中空介孔纳米反应器,从而形成了活性位点原位掺杂的碳材料并均匀涂覆在介孔二氧化硅中空球的内、外壁上。此外,还设计了碳材料包覆多孔二氧化硅实心球和没有经过碳材料改性的介孔二氧化硅空心球的反应器。所得中空介孔纳米反应器Co-Nx-C/C@mSiO2所具有的规则中空介孔结构和疏水性结构有利于提高催化剂的催化活性。同时,还探究了钴卟啉的掺杂量对催化性能的影响,当钴卟啉掺杂量为0.03 g时,得到的0.03-Co-Nx-C/C@mSiO2中空纳米反应器具有优异的苯乙酮产率与催化稳定性。3、采取一锅法制备树莓状Co-Nx修饰的碳/二氧化硅纳米反应器（Co-Nx-C-mSiO2）。首先向含有1,3-苯二酚、甲醛和己二胺底物的溶液中加入钴卟啉制备含有金属钴卟啉的聚苯并噁嗪聚合物,反应完成后继续向该溶液中加入二氧化硅前驱体。在N2气氛热解过程中聚苯并噁嗪由内到外逐渐分解,不断涂覆到介孔二氧化硅的孔道中,形成疏水性的中空碳/二氧化硅纳米反应器。当热解温度为900℃时,纳米反应器的缺陷程度最大,且此时表现出最佳的催化活性。此外,900-Co-Nx-C-C/mSiO2中的活性位点为Co-Nx且均匀分布在碳和二氧化硅组装的中空介孔微球上。通过与先制备碳/二氧化硅纳米反应器后浸渍钴卟啉的方法制备的催化剂（Co-Nx-C@C/mSiO2）相比,900-Co-Nx-C-C/mSiO2有更好的苯乙酮产率,归因于其Co-Nx活性位点占比更高。