磁性纳米粒子具有独特的光学、磁学和化学性质,在磁存储、磁流体、磁致冷系统、靶向药物输送、催化材料以及污水处理等领域具有广泛的用途。本文作者应用实验与分子模拟计算相结合的方式,研究了包含铁、钴、镍三种元素的单质、合金与核壳结构磁性纳米粒子的合成与表征。以磁性纳米粒子作为催化剂,对模型化合物进行催化选择性加氢性能考察,并结合密度泛函理论计算,对纳米尺度催化剂的作用机理进行了研究。　　 在第二章,采用微乳液法和有机金属化合物热分解法制备了铁氧体纳米粒子,并建立了“磁场辅助-溶剂抽提”分离磁性纳米粒子的方法。采用微乳液法制备的Fe3O4磁性纳米粒子的粒径分布在10.2～15.1 nm;应用有机金属化合物热分解法,以乙酰丙酮铁为原料,正十六烷为溶剂,油胺和油酸为稳定剂,在临氮环境中热分解,得到的磁性四氧化三铁纳米粒子平均粒径为10.6 nm;两类方法制备的纳米粒子均有超顺磁性。　　 在第三章,采用密度泛函方法,首先对乙酰丙酮铁、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴加氢反应过程中所涉及的分子及金属晶胞进行能量最小化结构优化计算和频率分析,获得了乙酰丙酮类有机金属化合物加氢反应的自由能变化。计算结果显示,三种有机金属前驱体的加氢反应均能自发进行,产物中烯醇式结构的乙酰丙酮在热力学上占优势。　　 在第四章,建立了临氢液相化学合成方法制备粒径均一的铁单质纳米粒子,其平均粒径为6.9 nm;将此方法推广,制备了平均粒径6.7 nm的单分散镍纳米粒子,平均粒径109nm的钴纳米花,以及边长181纳米的等边三角形镍薄片。　　 在第五章,通过改进的Blends方法计算铁纳米粒子制备体系中各种粗粒化珠子之间的混合能,从而获得了合理的DPD计算所需的互斥参数(αij);运用耗散粒子动力学(DPD)方法,模拟了铁纳米粒子的形成与稳定过程。DPD模拟的结果与实验事实基本吻合。　　 在第六章,采用临氢液相化学合成方法,制备了分散性好,但是结晶度较差的铁镍、镍钴合金纳米粒子;应用制备铁镍、镍钴合金的相同方法合成的铁钴合金纳米粒子不仅粒径较大,而且结晶度也较低;以纯铁纳米粒子为核心,制备核壳结构纳米粒子时,由于1,2-十二二醇的作用,结果得到了镍包裹四氧化三铁的核壳结构纳米粒子。　　 在第七章,应用制备的镍、镍钴合金、钴纳米粒子,对模型化合物肉桂醛、对氯硝基苯、丙烯腈进行了催化加氢研究。结果表明:镍钴合金纳米粒子对于对氯硝基苯加氢生成对氯苯胺的反应具有高度选择性,在90 min时间内转化率达到100％,选择性可达99％;镍钴合金纳米粒子对于肉桂醛加氢生成苯丙醛具有高度选择性。90℃时,反应90min肉桂醛的转化率可达95％以上,对苯丙醛的选择性可达82％,与贵金属钯的催化效果相近;镍纳米粒子对丙烯腈分子的C=C双键选择性加氢具有很高的选择性,70℃时,反应6小时,转化率可达100％,对丙腈的选择性也为100％。　　 在第八章,应用分子模拟方法计算了镍团簇的结构稳定性,经过分子力学优化,13原子团簇和55原子团簇只存在ICO结构;量子力学计算表明,13原子团簇和55原子团簇ICO结构和CO结构都存在,并且随着原子层数的增加,CO结构团簇的稳定性明显提高;应用DFT方法研究了丙烯醛在Ni13团簇表面的加氢反应机理,研究发现丙烯醛催化加氢有两条途径,无论按照那条路径进行反应,Ni13团簇对C=C双键加氢的能垒都比对C=O双键加氢的能垒低。丙烯醛催化加氢按照反应路径1进行,能更好的体现出Ni纳米颗粒对对C=C双键的选择性,与实验结果更加接近。