类沸石骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)是由无机金属离子与含氮的多齿有机配体通过配位作用自组装形成的一类新型具有规则微孔网络结构的类沸石材料。ZIFs因其大比表面积和孔容、可调节的孔道尺寸和结构性质而受到越来越多科研工作者的关注,被广泛应用于气体存储、选择性吸附/分离、生物医药、催化等领域。由于ZIFs自身的催化活性、稳定性的限制,在催化应用领域一直未能取得大的突破,设计与制备具有高效高稳定性的ZIFs基催化剂仍是该领域亟需解决的问题。本论文以工业重要气相液相氧化、加氢反应为研究对象,通过选用由含氮配体构筑的ZIF-67骨架为牺牲模板,设计开发出一系列具有新颖结构、可循环利用的高效ZIFs基催化剂,并研究揭示ZIFs基催化剂的结构性质与催化性能之间的构效关系。论文的主要研究内容如下:以ZIF-67为牺牲模板,在不同温度下通过一步热解法制备出多孔碳包裹的高分散单质钴纳米颗粒,并对其低温CO氧化催化性能进行评价。研究发现,在600°C下煅烧得到的材料Co/C-600在CO氧化反应中表现出最好的催化活性,即使在-30°C的反应温度条件下也能实现CO的转化。计算得到Co/C-600催化剂对于CO氧化反应的表观活化能是22 kJ?mol-1。稳定性实验表明,室温下在线反应24小时后的CO转化率仍维持在100%,显示出良好的长期稳定性。在原料气中引入水汽(H2O含量,~500 ppm)后的实验结果表明,Co/C-600催化剂对水汽表现出很好的耐受性,在高温反应阶段有轻微的失活行为。在各种条件下的催化性能测试和漫反射原位红外光谱的研究基础上,我们推测,水分子在催化剂的微孔中的吸附累积可能是催化剂在潮湿条件下轻微失活的原因。此外,使用过的Co/C-600经过适当的加热处理后就能重新再利用,表现出和新鲜催化剂一样的活性。为了探究ZIF-67衍生纳米Co基催化剂Co/C-N-600中氮元素掺杂的作用,研究了Co/C-N材料对硝基苯加氢反应的催化性能。以Co/C-N-600为催化剂,在温和的反应条件下,即可实现一系列的功能化硝基苯的催化加氢,高选择性高收率地生成目标产物苯胺。该催化体系展现出了广泛的底物兼容性,而且具有良好的稳定性和循环使用性能。原位ATR-IR和XPS实验结果表明,相比于底物中其他易还原基团,硝基更容易选择性地吸附在Co-N活性中心上,从而导致硝基的选择性加氢。动力学实验表明该反应对于原料4-硝基苯乙烯是零级反应,对于H2则是一级反应。根据动力学实验结果和Langmuir-Hinshelwood模型,提出了该反应动力学模型。由于催化剂稳定、制备简便、易于分离和重复利用等优点,该体系为高效便捷及绿色经济地合成苯胺提供一条可行途径。非金属的纳米碳材料与金属催化剂相比因其耐腐蚀,没有重金属污染和环境友好的优点近年来受到广泛的关注。ZIF-67衍生纳米多孔碳材料作为一种新型的非金属异相催化剂,在环己烷和甲苯的有氧氧化以及苄胺的氧化偶联中表现出优异的活性、选择性和底物兼容性。此外,催化剂非常稳定且可多次回收利用而不损失其催化活性,为从MOF的煅烧和刻蚀出发制备非金属碳基催化剂开辟一条可行的新途径。通过煅烧含氮的ZIF-67即可制备纳米多孔氮掺杂材料而不需要额外添加任何的模板或氮源。刻蚀去除其中的钴纳米颗粒后原位生成大量的介孔,提高了材料的比表面积和孔容。这样一种三维纳米多孔结构提供了一个充满可利用的活性位点的表面,为其在催化中的应用奠定了基础。系统的表征结果表明,煅烧温度影响材料的微观结构和表面成分,掺杂在sp~2杂化碳层中的石墨氮位点是碳氢键活化反应的关键。