纳米材料的尺寸和形貌对其性质具有显著的影响。在溶液体系中,采用自下而上的合成途经,实现对纳米材料形貌和尺寸的可控合成,可以有效调变纳米材料的多级结构,控制晶面生长,构筑特定的金属-氧化物界面,从而有效地调变其结构以及相应的构-效关系。相关领域已成为纳米材料结构与性能研究的热点之一。CO是空气的主要污染物之一。CO的消除不仅在CO气体探测器、内封闭循环式CO2激光器等方面具有重要作用,在石油化工中也广泛涉及CO的催化氧化。CO氧化反应也常被用作模型反应来研究完全氧化催化剂的催化行为。CO氧化仍然是世界范围催化领域研究的热门课题之一。开发高效稳定的CO氧化催化剂具有理论与实际的双重意义。甲烷的部分氧化(POM)是天然气利用的重要课题。甲烷部分氧化制合成气被认为是由甲烷制合成气中最有前景的途径。目前甲烷部分氧化制合成气主要是围绕Ni基催化剂。然而在实际应用中镍基催化剂容易被氧化而失活,同时烧结和积碳仍然是制约镍催化剂实际应用的主要问题。为了提高镍基催化剂的稳定性,可以制备核壳型Ni基催化剂并精细调变Ni粒子的尺寸,不仅可以提高催化活性,而且可以降低积碳量,提高催化剂的稳定性。对于镍基催化剂,少量贵金属(Pt, Ru, Rh等)的添加不仅可以有效阻抑镍的氧化,而且可以促进甲烷的转化。因此发展Ni基双金属核壳结构催化剂用于POM反应并研究催化剂组成、结构和性能之间的“构-效关系”具有重要意义。SBA-15是一种具有二维六方结构的介孔硅基分子筛,具有较大的比表面积,均一的孔径分布,孔壁较厚,热稳定性较高。它通常在矿物酸等强酸性条件下合成。虽然SBA-15具有较高的水热稳定性,但是其骨架结构是由无定形的Si02组成,缺乏有效酸中心,因而在实际应用中受到限制。在弱酸性条件下合成SBA-15并同时在骨架中引入其他种类杂原子进行功能改性,具有重要的现实意义。本论文基于以上认识,构建了几种具多级结构的介观材料,系统地考察了它们的结构与性能之间的关系,获得了以下主要认识:1.以Au/FeOOH为前驱体,通过Si02壳层保护,再经高温焙烧,成功制得负载4 - 5 nm金颗粒的空心铁氧化物Au/FeOx纳米结构,空心铁氧化物纳米棒的宽度在30-50nm,长度为150- 180nm。在Au/FeOx的制备过程中经历了600℃的高温焙烧过程,因此在CO氧化反应过程中,催化剂具有较高的稳定性;同时在高温焙烧过程中Si02壳层的保护,纳米金颗粒并没有明显长大,因此,催化剂在具有较高稳定性的同时,也保持了高的催化反应活性。Au/FeOx空心纳米颗粒在经过反应气氛中的原位活化后,催化活性有了很大提高,CO完全氧化的温度从180℃下降到88℃。综合02-TPD和XPS结果,载体FeOx是一种p-型半导体,在反应气氛中于180℃预处理后,载体FeOx产生电子空穴,电子从金表面转移到载体上,纳米金表面呈现缺电子特性,导致表面氧吸附量达到一个最佳值,有利于CO氧化反应活性的提高。另外,催化剂载体与金界面处金粒子表面的吸附氧可以发生快速的表面溢流,对表面催化反应具有重要贡献。2.制备了三种不同形貌(纳米片、纳米带和纳米立方体)的Co304纳米结构。通过高分辨率电镜分析显示这几种不同形貌的Co304纳米结构具有不同的暴露晶面,进一步的O2-TPD分析测试表明,表面化学吸附氧的浓度和结合强度明显不同。由于暴露晶面和结构缺陷的不同,可以导致表面原子排布方式的不同以及活性位的构成与密度上的差异,最终导致三种Co304纳米结构在CO氧化反应中表现出迥异的催化行为,其活性顺序为:纳米片 > 纳米带 > 纳米立方体。在具不同形貌Co304纳米结构上沉积Au粒子,可以获得Au-Co3O4的特定界面,它们在CO氧化反应中也表现出明显不同的催化行为。显示出Au以及Co304的基底晶面(特别是二者结合的界面区域)对目标反应具有重要作用。3.制备了 Si02包裹的Ru-Ni双金属纳米结构,并考察了它们对催化甲烷部分氧化制合成气反应性能。即使低含量Ru的加入对于催化剂的性能也有很大影响,当Ru/Ni原子比为在0.01-0.06范围内,催化效率较高。高分散的Ru物种能更好地促进POM反应。考察了反应温度和反应空速对催化性能的影响,其优化的反应温度和空速分别为700℃和72,000 ml g-1 h-1。4.以P123为模板剂,正硅酸四乙酯为硅源,分别以硝酸铁、硫酸铁、氯化铁作为铁源采用预水解途经直接水热合成制备得到了一系列Fe-SBA-15介孔分子筛材料。考察了预水解时间、铁硅摩尔比、以及铁源等因素对样品结构和铁物种掺杂效果的影响,同时考察了样品的酸性以及水热稳定性。结果表明:(a)以硝酸铁作为铁源,固定铁硅摩尔比为0.03时,预水解时间为2 h;或(b)以硝酸铁作为铁源,预水解时间为2 h,且Fe/Si摩尔比为0.03;或(c)固定预水解时间2 h, Fe/Si摩尔比为0.03,硝酸铁作为铁源,均能获得结构有序性高的样品。吡啶吸附红外光谱的结果表明Fe-SBA-15具有一定的酸性,且兼具有B酸和L酸位。初步考察了所制备样品在乙酸和丁醇的酯化反应中的催化反应性能。预水解方法具有一定的普适性,也可以用于制备A1和Cr掺杂的SBA-15分子筛。