近年来，随着纳米科学和纳米材料制备技术的发展，众多金属、金属氧化物、沸石及磷酸盐纳米材料(纳米颗粒、纳米孔材料、纳米层片材料等)被相继合成问世。由于其本身独有的高比表面积、小尺寸、特殊的表面电子状态和量子效应等特点，纳米材料在催化领域中的应用将有望实现高的催化活性，低的催化剂用量，特殊的反应物／产物选择性等系列理想高效催化剂的目标，并进而引发一场催化领域中的技术革命。因而，针对各种纳米材料的催化行为的研究在催化领域被加以了广泛的关注。然而，对于纳米材料而言，其小的尺寸和高的表面能令该材料难以操控，并往往造成纳米颗粒的团聚失活，阻碍了纳米材料在催化中的直接应用。目前通常采用的方法是将纳米材料负载到无机惰性的载体如氧化硅、氧化铝等表面，利用载体的分散作用将系列纳米材料稳定化，便于其进一步在催化反应的应用。纳米组装是最近几年来蓬勃发展的一种纳米材料制备技术。其核心思想是通过系列的原子或分子间相互作用力比如化学键、氢键、静电等强或弱的作用力将两个或若干个纳米结构基元组装形成具有一定有序排列的结构，获得纳米复合材料。最近，由于纳米材料的多功能集成化，一体化设计成为了该领域中的重要研究方向，纳米组装的策略已经成为一种重要的制备新型多功能纳米材料的手段，其在许多方面如纳米荧光材料、纳米电子材料，仿生材料、生物材料等领域都有着广泛的应用。在催化领域，相比简单的纳米催化剂的负载合成方法，纳米组装的合成方法的采用能获得系列具有多活性位有序排列，相互协同作用的先进纳米催化材料以满足更复杂多样的催化体系。在众多具有有序结构的纳米催化材料中，具有“核-壳结构”特征的微囊型反应器受到了很大程度的关注。该类型的材料具有类生物细胞的结构，在催化反应过程中，其壳层除了能保护微囊内部核中不同的活性组分避免发生相互作用造成团聚失活并提高催化剂的可操控性外，更能选择性地筛分外部环境中的不同类型的底物向内部渗透过程并与核内的催化活性组分接触，赋予催化剂独特的选择性。在微囊内部则形成独特的反应微环境，实现底物和活性位的局部高浓度富集，提高催化剂的整体效率。另外，通过在壳层表面引入更多的活性组分也可以进一步实现多种活性位的集成和一体化以适应更复杂多样的催化反应体系，从而在一定程度上表现出类似于生物体细胞的功能。因而，在目前的催化材料研究方向上，如何有效地设计合成更多的具有“核-壳结构”特征的微囊型反应器并在反应中加以检验其系列反应特性成为了一个重要的研究课题。本论文针对纳米催化材料有序组装这一课题的研究现状和面临的挑战，重点研究了具有“核-壳结构”特征的微囊型反应器的设计合成，同时采用系列具有实际意义的催化反应对获得的催化材料进行表征，以进一步检验其与传统负载型催化剂相比所表现出的优越性。本论文对所开展的研究工作将分为六个章节进行讨论：第二章讨论了壳层组分可调的空心微囊的制备方法，主要工作是利用介孔氧化硅小球为模板，通过在介孔孔道内植入贵金属、金属氧化物，硫化物，碲化物等纳米颗粒后在其外表面包裹一层正电性聚电解质，经过在碱溶液中的水热处理后获得系列贵金属、金属氧化物、硫化物和碲化物空心微囊。通过研究我们发现，介孔氧化硅小球与外部包裹的聚电解质均对空心微囊的成功合成获得作出了贡献。在合成过程中，前者起到纳米粒子的储藏室与球型模板的作用，而后者则起到了外部保护网和球型支架的作用。另外，采用水热过程中样品的形貌演化情况结合样品中硅含量的变化情况对空心微囊的形成机理进行了详细的研究。该合成方法是一种通用的制备碱稳定的空心微囊的方法，所制备的系列微囊材料在催化，光，电化学等领域具有广阔的应用前景。第三章主要介绍了一种以介孔氧化硅小球或碳核预植入的介孔氧化硅小球为模板进行周边孔灌铸贵金属以获得系列介孔贵金属空心微囊或介孔碳-贵金属核壳结构空心微囊的制备方法。通过改变贵金属在介孔孔道中的灌铸深度，可以获得不同壳层厚度的介孔贵金属空心微囊，而采用高温易氧化的贵金属如钯，钌或铱等进行灌铸则获得了贵金属氧化物空心微囊。通过对获得的介孔铂空心微囊和介孔碳-铂核壳结构空心微囊进行甲醇的电催化氧化反应表征，与传统的聚吡咯烷酮(PVP)保护的铂纳米颗粒以及经研磨破碎铂空心微囊获得的铂纳米颗粒相比，介孔碳-铂核壳结构空心微囊表现了优越的催化性能，该性能来源于介孔性的贵金属壳层结构以及介孔碳核与介孔贵金属壳之间的协同作用。第四章主要研究了沸石微囊化纳米钯催化剂的制备及其在准均相精细有机催化反应——Heck偶联反应中的应用。该反应由于具有活性钯物种溶出参与反应的准均相机理，传统的负载型催化剂如钯／炭等表现出强烈的钯的流失倾向，催化剂表面的钯随着反应的循环进行而流失进入溶液，使催化剂重复使用性的丧失，增加了生产的成本和造成产物的重金属污染。在本工作中开发的沸石微囊化催化剂则表现出了良好的重复使用性。通过系列催化剂的织构性质和反应性能的表征，我们发现，由于具有分子筛分作用，该沸石的壳层能有效地阻止反应过程中生成的可溶性活性钯中间体流失进入反应溶液，从而保证了催化剂的高的重复使用性。第五章的研究工作是合成制备沸石微囊化纳米铂和银催化剂，并将获得的催化剂用于以空气为氧化剂的液相芳香醇的氧化和以氧气为氧化剂的低碳数脂肪醇的气相氧化反应。在催化氧化反应中，以分子氧为氧化剂对仲醇进行氧化的反应由于其本身的高选择性，绿色，经济等特点，在工业界和学术界都受到广泛的关注。然而，对很多的贵金属参与的工业反应而言，由于反应物原料本身含有痕量的含硫或含氮的化合物，在反应过程中，这些杂环化合物分子与贵金属的强相互作用导致了贵金属活性中心被覆盖而失活，造成催化剂的中毒。另外，催化剂本身的寿命，重复使用性同样影响其在工业反应中的进一步大规模应用。因而，能否获得具有高抗毒性，高稳定性和重复使用性的贵金属催化材料是该类型催化剂能否投入实际生产体系应用的关键因素。在本章系统的工作中，对沸石微囊化催化剂与沸石壳层破碎的微囊化催化剂以及传统的商品化负载型催化剂进行了研究，通过对比样品的织构性质，对客体分子的吸附行为以及在催化反应中的表现，发现沸石壳的存在与否直接影响了催化剂在反应中表现。只有具有完整沸石壳的微囊化贵金属催化剂具有良好的反应物选择性，抗毒物性能和重复使用性。另外，该较薄的沸石壳对反应物／产物分子的扩散阻力较小，且同时赋予催化剂良好的液相分散性与足够的机械强度，有望大大拓展沸石微囊化催化剂在实际复杂催化体系中的应用范围。第六章的主要内容是介孔磷酸锆-苯基磷酸锆的制备与功能化研究。本章与第七章的工作均为具有进一步的拓展性质工作。在本章工作中，介绍了非硅骨架的介孔磷酸锆-苯膦酸锆杂化材料的合成与功能化过程。通过系列样品的表征手段证明了介孔结构的形成。作为一种新型非硅介孔材料，其具有相对较高的比表面积与热稳定性。而孔道中的苯环可以通过系列取代反应进一步功能化，将磺酸基、硝基、溴基等功能性基团引入其中，获得功能性材料。磺化和溴化后的材料较好地保持了介孔性质，但硝基取代后的材料则出现孔结构的部分破坏，显示出大孔性质。通过氨气吸附的微量热，热重测定以及催化合成苯甲酸酸甲酯的反应活性表明，引入磺酸基的材料除了保持良好的热稳定性外，其较磺化前拥有的更多的强酸位数目赋予其更高的反应活性。该系列功能化的介孔磷酸锆-苯基磷酸锆材料在催化，吸附，分离等领域具有广阔的应用前景。第七章中讨论的工作是层状银(I)-长链有机胺的配合物的合成及还原。该类配合物的通常合成方法是以乙腈为溶剂下银(I)与长链有机胺的络合结晶。合成溶剂的毒性与非特征性的产物形貌往往制约了其进一步的应用。在本工作中，系列银(I)-不同碳链长度的有机胺的配合物首次在醇-水体系中被合成获得，且该化合物具有特征性的海绵形貌中空结构。其层板间距可以通过改变有机胺的链长得以实现。通过硼氢化钠还原后，获得了系列以金属银为层板的海面状复合物，具有特殊结构的该类化合物可能在催化，光电材料等领域具有广泛的用途。