选择性催化加氢在石油化工和精细化工行业中有着广泛的应用,其中当反应物同时存在两个或多个可还原的基团时,控制加氢反应的选择性是一个巨大的挑战,而发展高性能的催化剂是应对这一挑战的关键。传统的贵金属基催化剂(例如Pt、Pd、Ru等)在催化加氢反应中已展现出较好的催化活性和稳定性,但其选择性差、资源稀缺以及成本高昂等限制了其大规模应用。因此,需要设计和开发高活性、选择性以及稳定性的非贵金属催化剂。本论文采用金属有机框架材料(MOFs)作为牺牲模板,在不同的碳化条件下合成一系列的高性能非贵金属催化剂,实现在温和、绿色的反应条件下对生物质衍生不饱和醛酮等化合物的高效选择性催化加氢,并详细研究了催化剂组成、结构与催化性能间的内在联系,主要得到了如下的研究结果:1、催化剂的组成影响加氢反应的催化性能。相比于单金属催化剂,合金催化剂有着诸多优势,诸如其电子结构的改良作用可实现对催化反应选择性的有效调控。为此,我们采用两步碳化的策略构建了 MOFs衍生高分散N掺杂碳(NC)负载的Fe-Co合金纳米催化剂(FexCo@NC)。研究发现合金中Fe-Co组分比例对催化性能的影响较大,其中最优组分的催化剂(Fe0.5Co@NC)在肉桂醛催化加氢反应中实现了 91.7%的肉桂醇选择性。而在同一反应条件下,单金属Co@NC对肉桂醇的选择性不足1%。除了催化剂组分的影响因素,溶剂对催化反应的活性以及选择性也有显著影响。相比于有机溶剂,在H2O作为反应溶剂的体系中,催化反应的活性以及选择性有着明显的提高。理论计算表明,合金化Fe与Co之间的电子相互作用显著改变了肉桂醛分子的吸附模式,使得Fe-Co合金催化剂倾向于吸附肉桂醛分子的醛基(C=O),从而提高了肉桂醇的选择性。因此,该工作表明合金催化剂组分间的电子相互作用对提高选择性至关重要。2、催化剂活性组分的晶相结构影响加氢反应的催化性能。不同的晶相结构对反应底物的吸附性能不同,进而导致不同的催化性能。因此,我们通过简单的改变碳化条件,一步碳化制备了 MOFs衍生N掺杂碳负载面心立方结构(fcc-Ni@NC)以及密排六方结构(hcp/fcc-Ni@NC)的镍催化剂。以此作为模型催化剂,研究催化剂的晶相结构在催化加氢反应中的作用。一系列底物加氢反应的结果表明,hcp/fcc-Ni@NC具有更高的催化活性。其中,在硝基苯以及糠醛的选择性加氢中,hcp/fcc-Ni@NC具有更高的反应速率和更低的活化能。理论计算表明,hcp/fcc-Ni@NC对硝基苯有更强的吸附作用,并在加氢反应的限速步骤中所需的能垒更低,因此导致更高的催化活性。该工作表明,调控催化剂的晶相结构可以有效的提高催化性能。