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化学反应的核心在于催化剂,目前提出的绿色化学的理念对催化剂的性质提出了更高的要求:经济、高效、环保与循环稳定性。贵金属催化剂的高活性,是目前商业催化剂使用的主要金属,但其易中毒与高额的成本使得生产流程复杂化,并且使产品成本上升。因而开发高效的非贵金属催化剂,受到越来越多的关注。自富勒烯的发现起,碳材料便受到广泛的关注,碳材料的氮掺杂是一种简便而且高效的改性方法。铁元素作为含量丰富的元素,具有绿色廉价等优点。将三种元素结合起来,可相互取长补短:利用掺杂碳材料的大比表面积与化学稳定性,负载或分散铁元素,复合材料作为催化剂的活性中心,有明显提高催化活性的效果。因此,本课题利用碳、氮、铁三种元素,制备了两种催化剂,并应用于有机分子转型反应中,具体研究内容与结论如下:1.以氧化石墨烯为原料,尿素为氮源,氯化铁为铁源,通过一锅水热法制备了氮掺杂石墨烯负载三氧化二铁复合催化剂,并将其应用于芳醛选择性氧化制备芳酸的反应中。研究发现,NG和都具有对O2的吸附作用,Fe2O3的吸附作用较强,NG中具有三种类型的氮,其中吡咯氮与Fe2O3具有最佳的协同效应,能够增强O2分子的解离,促进O-O键的断裂,能够提高催化活性。这种高活性的催化剂具有对其他芳醛的衍生物的适用性,而且能够循环六次不表现明显的活性衰减。2.以多孔氧化镁为模板剂,通过高温裂解法制备了具有高比表面积的Fe-N-C单原子催化剂,通过HAADF-STEM证明了Fe稳定分散于多孔碳的骨架中,Fe通过N元素稳定,以FeNx形式存在于材料中。制备温度不同,Fe的化学环境发生改变,通过EXAFS表面Fe-N-C-800具有较高的配位数,Fe的价态较高,因而其催化活性较高。将催化剂应用于1,2,3,4-四氢喹啉及其衍生物的脱氢氧化反应中,反应能够在较低的温度与温和的氧气氛围下发生,具有比拟贵金属催化剂的活性,催化剂多次循环后,仍表现出满意的催化活性。以上的实验结果为碳基催化剂的应用提供了新的思路,对铁、氮、碳的催化体系有了更深的认知,拓展了碳基催化的领域,证明了非贵金属催化剂具有替代贵金属催化剂的应用潜力。