随着科技的发展,人们的生活水平不断改善,不断严重的能源缺乏问题和环境污染问题开始受到世界的关注。面对不断加剧的能源危机与环境污染,高效催化剂是解决能源和环境问题的有效方案。目前被大量应用的催化剂存在效率低、选择性差等诸多问题,发展新型催化剂是急需解决的问题。由于过渡金属在催化反应中具有高活性、高选择性的优良性能,目前在工业中作为重要的部分应用在生产中。然而过渡金属资源的缺乏与高昂的价格,优化过渡金属催化剂成为科学研究的热点。目前,纳米催化材料在研究中表现出独特的性质,其相关研究受到了大量关注,其中二维材料类催化剂在小分子反应、有机反应和电催化等重要领域中表现出良好的活性和稳定性,单原子催化剂的结构、活性以及反应机理的研究成为科学研究的重要领域。因此,构建具有特殊结构的纳米催化剂是解决过渡金属催化剂应用问题的重要手段。本论文报道了多种纳米催化剂,并对其合成和催化机理进行了研究。主要包括以下几方面:1.通过在氨气中处理Co纳米片,合成出具有二维结构的CoN催化材料,并在CO2加氢反应中表现出良好的活性和选择性。通过原位红外、XPS等原位表征手段,表明在反应过程中形成CoNHx的物相,使催化剂表面H的活性大幅度提高,从而与CO2形成HCOO*物种,从而使催化活性提升。2.设计合成一种具有二维结构的Rh-W双金属材料。通过在合成中控制添加的W(CO)6的量,可以实现不同比例的双金属合金的合成。并通过使用CO代替W(CO)6的加入,实现具有二维结构的Rh金属材料。通过对比实验,Rh-W双金属二维材料表现出良好的选择性和活性,Rh-W金属之间的电子转移效应和材料的二维结构是提高催化性能的主要原因。3.合成出负载在CoO二维纳米材料衬底上的Rh单原子催化剂,在氢甲酰化反应中表现出良好的选择性。进一步的理论研究表明在CO和H2氛围下,Rh原子受诱导发生结构重构,从而增强了对丙烯的吸附以及形成特殊的空间构型,进而增加了反应的选择性。