面对日益严峻的能源短缺和环境污染,介孔材料在解决这两大难题的方法中扮演着越来越重要的角色。介孔材料不仅可以提高化石能源的利用效率,在新能源转化中也表现出优良的性能,因此介孔材料的发展尤为关键。虽然介孔材料的合成已经比较成熟,但还有一些问题亟需解决。例如,在硬模板法合成介孔材料时,由于模板一般具有有序孔道,物质在有序孔道内的扩散存在一定障碍,需要对模板预处理或在特殊条件下合成才能进行,并且产物的产率比较低。另外,在某些催化反应中催化剂的有序孔道也不利于反应物的扩散,造成催化剂的催化活性较低。无论在介孔催化剂制备还是催化应用中,如何解决物质在介孔孔道内的扩散问题,是介孔催化剂发展的关键。基于以上问题,本论文将从以下四个研究工作中进行探讨:1.介孔g-C₃N₄光催化剂的制备与活性研究。介孔g-C₃N₄不仅可以吸收可见光,而且和体相g-C₃N₄相比光催化活性大大提高,因此在近几年备受关注。我们利用“纳米限域放气反应”合成了具有无序介孔结构的g-C₃N₄纳米棒,提出并验证了纳米限域放气反应形成多孔结构的机理。在此方法中装载在SiO₂纳米管中的氰胺在高温聚合生成g-C₃N₄的同时放出氨气,由于SiO₂管壁的限制,产生的氨气不能快速释放,g-C₃N₄中出现大量微小的气泡,进而形成了g-C₃N₄的多孔结构。由于SiO₂纳米管有很大的空腔,可以装载大量前驱体,产物的产率很高。无序介孔孔道提高了g-C₃N₄纳米棒的光吸收能力和电荷分离效率,并且锐利的边缘有利于电子和空穴溢出表面参与氧化还原反应,因此g-C₃N₄纳米棒在光降解罗丹明B和光催化产氢的实验中表现出很高的光催化活性,波长420 nm处的表观量子产率可以达到5.43%。2.氮掺杂介孔碳负载Pd催化剂的制备及其在苯酚加氢中的活性研究。采用纳米限域放气反应制备了具有无序孔道的介孔碳纳米棒。在介孔碳纳米棒的合成中,糠醇在草酸催化下聚合生成聚糠醇,聚糠醇高温碳化生成碳,同时放出的水蒸汽被限制释放,纳米管中生成大量气泡,进而产生碳的多孔结构,完全符合纳米限域放气反应生成多孔结构的机理。糠醇的聚合过程证明,在纳米限域放气反应中,只有气体的释放和产物生成同步进行时,才能得到目标产物的多孔结构。利用此反应,向糠醇溶液中加入不同量盐酸胍,可以得到不同氮含量的氮掺杂介孔碳。将这些氮掺杂介孔碳负载Pd催化剂并用于苯酚加氢反应,随着氮含量的增加,Pd颗粒逐渐减小,催化剂催化活性逐渐增加。这主要是因为氮原子对Pd颗粒的尺寸控制和表面电子状态的改变。3.介孔Ni/SiO₂催化剂的制备及其在甲烷干气重整反应中的催化性能研究。采用介孔SiO₂纳米管作为载体,通过Ni（NO₃）₂在SiO₂纳米管中的限域分解反应及高温还原反应,制备出具有超小Ni颗粒（2nm）和通透多孔结构的负载型Ni催化剂。SiO₂纳米管中Ni（NO₃）₂的分解符合纳米限域放气反应的前提条件,在Ni（NO₃）₂投料较少的情况下,趋向于生成高度分散的NiO颗粒而非NiO多孔结构,从而在还原后形成分散的金属Ni催化剂。随着SiO₂载体的多孔度减小,孔道更加无序,得到的Ni颗粒更加分散,颗粒更小,说明SiO₂的无序介孔结构更有利于Ni催化剂的负载。SiO₂中残留PEI的N原子和Ni前驱体有很强的配位作用,有效提高Ni催化剂分散度的同时,还增强了Ni颗粒和SiO₂载体的相互作用。具有超小尺寸的Ni颗粒在甲烷干气重整反应中不但具有很高的催化活性,还具有很强的抗积碳能力。该催化剂在甲烷干气重整反应中表现出很高的催化活性,高空速下对CH₄和CO₂的转化率分别达到了85.9%和89.7%,并且表现出很强的抗积碳能力,反应100小时后没有明显的积碳生成。高的催化活性和抗积碳能力归功于高度分散的Ni颗粒和催化剂通透的多孔结构。4.Ni/CeO₂-SiO₂催化剂的甲烷干气重整催化性能研究。运用纳米限域放气反应的合成策略,利用Ce（NO₃）₃在SiO₂纳米管中的高温分解反应,制备多孔的CeO₂-SiO₂纳米管载体;并通过Ni（NO₃）₂在SiO₂纳米管中的限域分解反应及高温还原反应,最终制备出均匀分散的Ni/CeO₂-SiO₂催化剂。在Ni/CeO₂-SiO₂纳米结构中,当CeO₂含量为42 wt%时,催化剂具有高活性的同时表现出良好的稳定性,质量空速为550 Lg^-1_cat.h^-1时,CH₄和CO₂的转化率达到59.5%和70%,并且反应6小时后基本保持不变。金属Ni和CeO₂之间的强相互作用有助于稳定高度分散的Ni纳米颗粒,从而提高催化剂在反应中的稳定性。