双金属氧化物中组分之间的协同效应往往使其催化性能优异于单组分的金属氧化物,而催化性能又与双金属氧化物的形貌结构、组分等因素密切相关。因此,如果合理地调控上述因素,我们有望获得高催化活性的催化剂。大量研究结果表明,通过MOFs热解制备双金属氧化物催化剂是一种简单有效的策略,因为MOFs具有丰富的形貌结构、可调的组分,且拥有丰富的孔道结构和大的比表面积,这些优势都为该策略提供了便利的条件。通过MOFs热解得到的双金属氧化物通常能够继承原本MOFs的形貌、高比表面积及组分均匀分布等优点。但是,不同金属离子因配位行为和方式不同,导致有些金属离子难以形成双金属MOFs,进而不能通过热分解MOFs策略获得双金属氧化物。因此,我们设计单一金属MOFs（或MOFs衍生物）参与的界面反应制备双金属氧化物,不仅保持了MOFs热分解后的丰富孔结构、高比表面积,而且通过界面反应引入的第二种金属氧化物能够与MOFs热分解的氧化物密切接触,丰富了接触界面,有利于增强二者之间在催化反应中的相互作用。本论文利用MOFs参与的界面反应策略进行控制合成多孔结构、组分紧密接触和组分分布均匀的双金属氧化物催化剂,并分别从催化剂的制备、结构表征、形成机理以及催化性能测试等方面进行研究。1.MOFs衍生的碳介导的界面反应合成CeO₂-MnO₂催化剂通过Ce-MOFs衍生的C与KMnO4水溶液发生界面反应成功制备了具有不同Ce/Mn比的CeO₂-MnO₂催化剂。具体来讲,棒状Ce-MOFs在惰性气氛下热解后得到CeO₂/C复合材料。MOFs衍生的C与KMnO4发生氧化还原反应,KMnO4被还原在C表面生成了MnO₂。因此,Ce-MOFs热分解后与CeO₂紧密接触的C“传递”至MnO₂,从而使得CeO₂和MnO₂两种组分紧密接触,增强了二者之间的相互作用。同时,实验结果表明,MOFs衍生的C可以抑制高温煅烧下CeO₂晶粒的烧结。根据XPS,Raman和H2-TPR等一系列表征,CeO₂-MnO₂-13.6 mol%样品的组分之间的相互作用最强,表现出最高的CO氧化的催化活性。2.MOFs中有机配体参与的界面反应合成多孔/空心结构的Co₃O₄-MnO_x催化剂空心结构的MOFs有望暴露更多的活性位,以及为反应底物和产物提供快速扩散的通道。目前空心结构的MOFs大都采用硬模板法制备,该方法一般需要模板表面修饰和后期模板移除过程。本工作中,我们利用MOFs中有机配体参与的界面反应,即有机配体交换反应,制备空心结构MOFs。具体地说,Co/Mn-ZIFs作为模板与2,5-二羟基对苯二甲酸的乙醇溶液发生界面反应,由于2,5-二羟基对苯二甲酸与金属离子的配位能力强于2-甲基咪唑,因此发生配体交换反应。反应初期,在Co/Mn-ZIFs粒子表面形成Co/Mn-MOF-74壳层;随着反应进行,内部的Co/Mn离子不断扩散至外部与2,5-二羟基对苯二甲酸反应,导致内部因Kirkendall扩散机制最终形成空心结构。显然,该方法避免了传统模板法去除模板的复杂步骤,一步合成出空心结构材料,丰富了空心结构双金属MOFs的制备方法。即使经过后期的煅烧获得Co₃O₄-MnO_x催化剂,空心结构依然保持。催化结果表明,Co/Mn-MOF-74和Co₃O₄-MnO_x在液相加氢催化反应和CO氧化反应中都显示了其特有的双金属协同效应。3.MOFs中阳离子参与的的界面反应合成空心结构的CeO₂-Co₃O₄催化剂Co₃O₄材料在CO氧化反应中表现出较高的本征活性,是一类优秀的金属氧化物催化剂。当其与CeO₂物种相结合时,因CeO₂具有良好的释放/储存氧的能力,则有望提高双金属复合催化剂的活性氧传输能力,并且Co₃O₄与CeO₂两组分之间可能存在协同效应促进催化剂催化活性的提高。若Co₃O₄与CeO₂两组分之间能够紧密接触,则可以有效抑制两物种粒子的烧结,提高活性物种的利用率,充分发挥催化剂的组分优势。而空心结构则有利于增大CeO₂-Co₃O₄催化剂的比表面积,暴露更多的活性位以及加快反应底物分子的扩散。我们期望将上述的组分优势与结构优势充分结合,有效提高该催化剂的催化活性以及适用性。在本工作中,我们以ZIF-67为牺牲模板,Ce3+水解释放的H+作为刻蚀剂,通过界面反应合成CeO₂-Co₃O₄催化剂,并期望通过控制Ce3+的浓度来调控Co/Ce摩尔比,详细的探究CeO₂-Co₃O₄催化剂的催化活性与组分效应之间的构效关系。