金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是由金属离子和多齿有机配体通过配位作用构筑而成的一种有序网状多孔材料。和传统的多孔材料相比,MOFs由于具有超低密度、大比表面积、可调的孔径和结构等优点而受到越来越多的关注,并被广泛应用于催化等领域。但是由于大部分MOFs自身催化活低、电导性不好、化学稳定性差等限制,将MOFs转化为金属化合物、碳基材料或他们的复合材料对于在催化领域实现关键突破具有十分重要的意义。本论文主要以工业中重要的光催化、氧化和加氢等反应为研究对象,通过以具有特定结构的MOFs为牺牲模板,制备了一系列具有新颖结构的高效MOFs衍生催化剂,并研究了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与结果如下:通过使用一种以ZIF-8为外壳的空心Zn/Co-ZIFs材料作为牺牲模板,直接一步热解制备出具有新型核壳结构的ZnO@C-N-Co催化剂,并将其应用于有机污染物的光催化降解反应中。研究表明,所得的催化剂独特的核壳结构能让中间的氧化锌在反应过程中保持稳定,而且多孔的碳壳使其具有高的比表面积和吸附能力,同时能有效抑制光生电子空穴对的复合,因此相比于纯的商业氧化锌材料,该催化剂在光催化降解甲基橙的反应中表现出更高的活性,并且具有良好的稳定性,在重复回收利用五次后仍能保持较好的活性。催化剂制备过程表明,MOFs前体的结构和煅烧温度对最终所得催化剂的结构形貌和性能有着十分重要的影响。以空心Zn/Co-ZIFs作为牺牲模板,通过调节模板材料的壳层厚度和改变热解温度,制得一种新型的具有中空核壳结构的Co@C-N纳米反应器。这种催化剂的Co纳米颗粒被锚定在C-N纳米片上并集中分布于纳米反应器的空腔内,具有渗透性且非常坚固的C-N壳层能有效地保护Co纳米颗粒,同时保证反应在空腔中进行。将该催化剂应用于苯乙醇氧化反应中,其表现出很好的催化活性和选择性,在空气和不加碱条件下,反应收率超过99%,其催化性能明显好于ZIF-67和ZIF-67@ZIF-8衍生的实心结构催化剂(同样反应条件下其反应收率分别只有14%和59%)。这得益于纳米反应器空心结构优异的传质能力,同时Co纳米颗粒与C-N纳米片之间产生的协同作用也有利于提高催化活性。另外,该催化剂还可以重复利用,利用磁性分离回收,对一系列的反应底物具有很好的兼容性。相比于实心结构和单壳空心结构,多壳中空结构由于具有高比表面积、多相异质界面、优良的负载能力等优点,近年来受到了越来越多的关注,因此本文发展了一种通用的制备多壳中空金属/氮/碳十二面体结构的方法。该策略是通过采用晶体逐步生长法先制备出多层实心ZIFs,然后以此为模板在高温下热解制备得到最终的材料,这种方法使得我们可以精确控制多壳中空结构的壳层数量,同时也可以控制其组分。另外,这种方法还可以拓展到制备核@多壳中空结构和碳纳米管组装而成的多壳中空结构。实验结果表明,这种多壳中空结构能有效促进传质和分散金属纳米颗粒,在生物质衍生的糠醛的选择性加氢制环戊醇的反应中表现出优异的催化活性。同时这种Co基催化剂仅在外磁场的作用下即可从反应体系中分离出来,循环使用多次后反应活性基本不变,表现出良好的稳定性和循环利用性能。