近年来,随着纳米科技的飞速发展以及人们对环境和能源可持续发展的高度重视,高效、廉价且稳定的催化材料在有机催化反应以及电催化反应中得到广泛应用。采用绿色催化体系,通过设计和制备具有特殊结构的催化材料可以提高材料在催化反应中的活性、选择性及稳定性,同时还可以减少贵金属使用量,降低催化成本,减少环境污染,符合当代绿色化学理念。本论文通过软化学法制备了一系列具有特殊结构的纳米复合物催化剂,应用于硝基化合物催化加氢反应、铃木偶联反应、醇氧化酯化反应以及碱性条件下电催化析氢反应中,并取得了优异的催化效果,同时研究了催化反应机理,探讨了材料各组分间的相互作用,以及材料微观结构与催化性能之间的关系。具体研究内容如下:1.镍/炭黑复合材料的制备及其在硝基酚催化加氢反应中的应用采用液相还原法,将纳米Ni颗粒负载到炭黑(CB)表面,制备了具有磁分离性质的镍/炭黑(Ni/CB)复合物催化剂。与单一Ni纳米催化剂相比,炭黑负载的纳米Ni颗粒具有更小的粒径和更窄的粒径分布,并且在温和条件下对硝基酚的催化加氢反应表现出了更为优异的催化活性及循环稳定性。优异的催化性能主要来源于材料本身的特殊结构以及载体与组分间的协同效应。主要表现为炭黑比表面积大且表面含有大量含氧官能团,有利于小粒径纳米颗粒的形成和分散,以及对有机反应物的吸附。同时,炭黑导电性好,有利于电荷从炭黑向纳米镍颗粒的传导,从而加速加氢反应进程。2.碳基双金属复合材料的制备及其在铃木偶联反应中的应用在Ni/CB复合材料的基础上,采用化学置换法,将纳米Ni表面部分置换为Pd,形成炭黑负载的类核壳镍-钯催化剂(Ni-Pd/CB);采用水热掺氮的方式制备了掺氮炭黑(NCB)载体,再通过液相成核法将PdCu合金纳米颗粒负载到NCB上,制得NCB负载的PdCu合金催化剂(PdCu/NCB)。采用两种催化剂均可实现温和条件下的铃木偶联反应,反应体系采用无毒无害的水-乙醇为反应介质,无需配体参与,符合绿色化学理念。对于PdCu/NCB催化剂,对炭黑掺氮处理有利于提高活性组分的分散性,减小其粒径,以及增强活性组分与载体间的相互作用。此外,催化剂对反应底物的普适性较广,且具有良好的循环稳定性。核壳结构及合金结构提高了 Pd元素的利用率,降低了催化成本。两种金属间以及载体与活性组分间的协同效应是催化剂具有优异性能重要原因。3.钯铋合金/掺氮炭黑催化剂的制备及其在醇氧化酯化反应中的应用以NCB为载体,通过一步共沉淀法制备了钯铋合金/掺氮炭黑复合物催化剂(PdBi/NCB)。其中,Pd与Bi的原子比可通过反应物投料比进行控制。Pd/Bi原子比为1/1时,催化剂对卞醇和脂肪醇的氧化酯化反应具有最佳催化活性,且表现出出色的循环稳定性。与Pd、Bi均相催化的氧化酯化反应相比,采用PdBi/NCB合金催化剂,反应条件更温和,反应时间缩短,产物后处理更简单。4.三元NiCo2S4/掺氮炭黑催化剂的制备及其在硝基酚催化加氢反应中的应用以NCB为载体,通过一步水热法制备了三元NiCo2S4/掺氮炭黑复合物催化剂(NiCo2S4/NCB)。NiCo2S4材料不仅在超级电容器方面有广泛应用,它还可以作为加氢催化剂应用于芳香硝基化合物的催化加氢反应。NiCo2S4/NCB对于硝基酚催化加氢反应表现出优异的活性及循环稳定性。该反应符合假一级反应动力学。此外,在诱导效应和共轭效应的共同作用下,硝基在不同取代位置对加氢反应活性的影响遵循如下规律:间硝基酚>邻硝基酚>对硝基酚。5.自负载三元Ni-P-Pt/泡沫镍(NF)催化剂的制备及其在碱性电催化析氢反应中的应用先通过水热法对泡沫镍进行磷化形成自负载的Ni-P/NF催化剂,再通过化学置换法在Ni-P表面沉积微量Pt,制成三元Ni-P-Pt/NF催化剂。与高温热磷化过程相比,该制备方法具有反应条件温和,不产生高毒废物的优点,同时很大程度上保持了NF原本的韧性。该催化剂在酸性和碱性条件下均表现出极为优异的电催化析氢活性,尤其是在碱性条件下,该催化剂还表现出极为优异的长程稳定性。与Pt/NF和Ni-P/NF催化剂相比,微量铂沉积对催化性能提升效果极其显著。其主要原因在于Ni-P与Pt间的协同效应,催化剂中Ni和P均可作为电子给体,使得Pt带有更多的负电荷,减弱了其和反应中间产物间的相互作用,从而加快反应进程。此外密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算结果再次证实了微量Pt沉积对催化活性提高的显著效果。