催化剂在化学反应中起着非常重要的作用。骨架金属作为一类重要的催化剂已被人们广泛认识,它的制备过程是先将铝与活性金属熔炼得到合金,然后用碱液活化浸出其中的铝,得到的具有海绵状结构的活性金属就是骨架金属催化剂。其中,骨架镍催化剂的制备和研究是最早也是最多的,很多材料制备技术如机械合金化、快速凝固技术等被用到了铝镍母合金的制备上,不同的制备技术会对母合金的结构产生影响,从而影响最终骨架镍催化剂的性能。骨架钌是一类高度活泼的加氢催化剂,它能够在较低温度和较低压力下,催化多种不饱和键的加氢反应,在医药、精细化学品等许多高经济附加值产品工业领域具有十分广阔的应用前景。但是由于金属钌价格昂贵、熔点高,制备骨架钌催化剂母合金(铝钌合金)比较困难,文献报导主要集中于骨架钌催化剂在加氢反应中的应用方面,而对铝钌合金具体的制备方法以及不同的制备过程对铝钌母合金结构的影响却鲜有报导。另一方面,骨架钉催化剂母合金中钉的含量一般在50Wt%左右,与负载型催化剂相比,骨架钌催化剂的成本太高,能否找到合适的途径来降低其成本,直接关系到骨架钌催化剂能否推广应用。本文主要以铝钌合金为研究对象,但由于钌是贵金属,所以在工艺探索过程中会用铝镍合金作为替代物进行分析考察。首先采用高频感应熔炼和机械合金化以及后续热处理的方法制备了铝钌合金,考察了制备工艺对合金相组成的影响。然后,结合本实验室的优势,将电磁搅拌技术引入到了铝镍合金的制备过程中,通过变化磁场强度来改变铝镍合金的晶粒尺寸,考察能否获得只有晶粒尺寸单一因素变化的母合金锭,为深入研究母合金结构与对应催化剂结构和活性的构效关系提供基础。最后考察了几种添加载体的方法,以期来降低骨架金属催化剂的成本。取得的主要研究成果如下：由高频感应熔炼得到的铝钌合金(50wt% Ru)中主要存在Al13Ru4和Al2Ru两相。对对烷基苯甲酸加氢实验结果表明,由水淬后的铝钌合金制得的骨架钌催化剂具有更高的活性。相对于随炉冷却的试样,水淬后的试样中的Al2Ru相含量更高,而且晶粒尺寸也有变小趋势,这可能是其具有更高活性的原因之一。在高频感应熔炼过程中向铝钌合金中引入镍进行改性后,合金中除了Al3Ni2相外,其他为铝镍钌三元合金相,继续添加石墨粉热处理后混合粉中的合金相变为Al2Ru和铝镍钌三元合金相。Al-Ru-Ni-C合金粉经NaOH浸取活化后制得的骨架钌镍碳催化剂用于对硝基苯甲醚的加氢反应制备对氨基苯甲醚,使用寿命超过63小时,反应温度低于100℃,目的产物的选择性高达99.4%,这可以归因于催化剂中骨架钌和骨架钌镍两种共存结构的配合以及石墨的分散和稳定作用。以纯铝粉和钌粉为原料通过机械合金化球磨20、30和50小时后并没有直接得到铝钌金属间化合物,而是得到亚稳的Ru(Al)过饱和固溶体,经过550℃和700℃热处理后Ru(Al)过饱和固溶体完全转变为铝钌金属间化合物。此过程大大降低了生成铝钌金属问化合物的温度,最低相转变温度为394.3℃。研究结果表明工艺控制剂乙醇参与了机械合金化进程,热处理时消耗了一部分铝,使得最终合金成分发生变化,致使Al5Ru2相意外地出现在热处理后的样品中。本实验条件下制得的Al5Ru2在550℃下可以稳定存在,而在700℃下分解而消失。由于文献中对此相的稳定性存在争议,为了进一步验证Al5Ru2的存在不是由乙醇造成的,采用电弧熔炼制备了铝钌成分在5：2附近(原子百分比)的合金。结果表明,在成分允许的条件下,Al5Ru2可以在激冷条件下与Al13Ru4、Al2Ru竞争形核长大而出现,也可以在凝固速度缓慢的条件下由液相与Al2Ru相包晶反应而得到。将电磁场引入到了骨架金属催化剂母合金的制备过程中。研究结果表明,施加80A和140A电磁搅拌后铝镍合金中较大的Al3Ni2树枝晶消失,变为细小的等轴晶,Al3Ni2相的平均尺寸由64.5μm变为37.2μm和35.5μm。而且合金中Al3Ni2相含量略有减少,而Al3Ni相含量略有增加。这主要是由于电磁搅拌过程中,Al3Ni2枝晶被打碎,增加了Al3Ni2相与液相的接触机会,有利于生成Al3Ni的包晶反应的进行。加氢活性测试结果表明,由施加电磁搅拌后得到的铝镍合金制备出的骨架镍催化剂具有更高的催化活性。为降低骨架贵金属催化剂的成本,我们首先考虑了添加载体来负载母合金的工艺。实验结果表明,直接将合金粉与无机微粉混合进行高温处理并不能使合金有效分散于无机微粉上,而且在高温条件下合金粉容易被氧化而转变为尖晶石结构。采用特殊的磁控溅射设备可以将铝钌合金镀在SiC、MgO、SiO2微粉和空心微球上,但这种方法对设备要求较高,制备周期长,产量低。通过分析铝镍合金中Al3Ni和Al3Ni2相的活化过程以及对比常规纳米金属粒子的制备方法,我们指出制备骨架金属催化剂的过程实际上就是制备具有特殊结构纳米金属催化剂的过程。常规浸取活化方法制得的骨架金属催化剂是母合金活化过程中产生的一次纳米金属粒子聚集长大后的产物,通过添加载体可以防止纳米金属粒子的团聚,选择合适的载体将可以制备出廉价的负载型骨架金属催化剂。提出了向铝镍合金粉中添加拟薄水铝石来降低成本的方法,采用5-6%的硝酸溶液进行胶溶,热处理适宜温度为550℃,可以得到γ-Al2O3结合铝镍合金的混合粉,活化结果显示,γ-Al2O3的存在不会阻碍活化过程的进行,而且活化出的纳米镍粒子可以有效地分散在}-Al2O3载体上。