目前工业上主要是以硝基苯为原料经过催化加氢制备对氨基苯酚。在这个工艺过程中,硝基苯首先被加氢还原成中间产物苯基羟胺,苯基羟胺继而在强酸(通常是硫酸)条件下发生Bamberger重排得到对氨基苯酚;但同时苯基羟胺也会在催化剂表面被继续加氢而得到副产物苯胺。该过程所用到的催化剂通常是负载的贵金属加氢催化剂(铂,钯或铑等),虽然具有较高的催化活性,然而在反应条件下,贵金属存在被毒化及活性组分流失的可能。考虑到贵金属的资源稀缺性及其高昂的价格,因此设计一种能在强酸性条件下工作的非贵金属催化剂结构成为我们的研究目标。氮掺杂的炭材料(氮掺杂碳)作为一种廉价易得的半导体材料,具有独特的电子性质和良好的化学稳定性,而且通过表面掺入其他杂原子(磷、硫或硼等)或有机基团改性等方法还可以调节其电子或能带结构,使其在多个催化领域具有可挖掘的潜在应用价值。研究表明氮掺杂碳可以作为一种非金属催化剂催化氧还原反应;同时得益于其高比表面积,可调节的孔结构,氮掺杂碳也是一类优异的催化剂载体材料,负载金属或金属氧化物用于多种催化反应;而且对于负载型的催化剂而言,不同组分间的相互作用或协同效应可能会使催化剂表现出更高的催化活性。基于金属镍和碳化钼优异的给电子能力以及氮掺杂碳的半导体性质,我们设计了一种新颖的反向的金属镍或碳化钼负载氮掺杂碳的异质结构,这种结构中,金属镍或碳化钼上的部分电子可以传递到氮掺杂碳上并对其电子性质或能带结构进行调节,使其具备吸附氢和活化氢的能力;同时氮掺杂碳也能使金属镍或碳化钼免受外界环境的影响。运用粉末X射线衍射(XRD),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),X射线光电子能谱(XPS)和氢氘交换(H/D Exchange)等技术对催化剂的结构和组成进行表征,同时还研究了其在强酸性条件下催化硝基苯加氢制备对氨基苯酚的性能,论文的主要内容概括如下:1.首先以甘脲和对苯二甲醛为原料制备一种含氮的有机多孔聚合物,然后以这种材料为载体负载镍的前驱体,经过高温处理,得到了氮掺杂碳包覆镍的新材料,应用多种表征手段对其结构和组成进行分析,并测试其在酸性条件下催化硝基苯加氢制备对氨基苯酚的性能。结果表明,负载的镍物种在高温处理含氮有机聚合物过程中被还原成金属态,含氮聚合物热解为氮掺杂碳包覆在金属镍的周围,形成氮掺杂碳-金属镍异质结构。由于这种结构,金属镍中的部分电子可以传递给氮掺杂碳,调节了氮掺杂碳的电子性质和能带结构,使其能够吸附并活化氢;同时由于氮掺杂碳的保护作用,催化剂在15 wt.%的硫酸中表现出很好的稳定性。其次,论文中还探讨了不同反应条件下这种材料催化硝基苯加氢制对氨基苯酚的性能。实验结果表明,在最佳反应条件下催化剂具有较好的活性和优异的对氨基苯酚选择性。2.以二氧化硅为载体负载氧化镍,然后以四氯化碳和乙二胺为原料沉积氮掺杂碳前驱体,经过高温炭化得到氮掺杂碳负载在金属镍上的催化材料,利用多种表征手段对其结构和组成进行分析,然后以氯磺酸为磺化试剂在氮掺杂碳表面引入磺酸基团,使得氮掺杂碳既能作为新的活性中心活化氢又可以提供Bamberger重排所必须的酸环境,从而可以避免使用大量硫酸溶液。将这种改性后的催化剂用于水溶液中催化硝基苯加氢制对氨基苯酚,结果表明改性后的催化剂也表现出一定的活性和选择性,说明这种集成式催化剂的构筑是可行的。3.碳化钼具有类似贵金属的催化性质,表现出很强的给电子能力,在多种催化加氢反应中表现出优异的性能,因此用碳化钼取代金属镍形成氮掺杂碳-碳化钼纳米异质结构催化剂,这种催化剂也有可能表现出一定的催化加氢活性。以五氯化钼,尿素和葡萄糖为原料,利用固相反应一步制备数层氮掺杂碳包覆的碳化钼材料,通过多种表征手段对其结构和组成进行分析,并测试其在酸性条件下催化硝基苯加氢制备对氨基苯酚的性能。结果表明,这种材料同样具有较高的活性和选择性,而且在酸中的稳定性也很好。