多孔材料作为催化剂、吸附剂和催化剂的载体在石油化工、工业与环境上的分离与净化以及污水处理等领域发挥着越来越重要的作用。根据IUPAC的定义,多孔材料按孔径可以分为三部分：微孔材料(<2nm)、介孔材料(2-50nm)和大孔材料(>50nm)。在微孔材料中最具代表性的是沸石分子筛,由于其具有均一的孔径分布和良好的水热稳定性,一诞生就受到了人们广泛的关注。催化剂是化学工业最为重要的功能性材料,在各类化学品生产中均具有不可替代的作用。近年来,制备高效、绿色的新型催化材料成为了催化剂领域研究的热点之一。沸石多孔材料在这方面展现出了良好的应用前景。然而微孔材料由于孔径的限制,使得其在大分子催化反应尤其是精细化工等领域受到了极大的限制,解决这一难题的方法是制备具有介孔结构的沸石分子筛,然而纯硅的介孔材料缺乏酸性,其无定形的孔壁结构也导致了水热稳定性较差,这一系列的缺陷仍然制约着其在石油化工等领域的应用。将杂原子引入到分子筛的骨架结构中,并对分子筛的制备条件进行优化是解决这一问题的有效途径之一。杂原子分子筛中杂原子的含量及其在骨架中的位置直接决定了分子筛的酸性、离子交换能力和氧化还原性能。因此,制备具有高含量的杂原子分子筛具有重要的意义。研究表明,在制备过程中如果将两种或者多种杂原子同时引入到分子筛骨架中,与单一的杂原子分子筛相比具有更强的酸性以及氧化还原能力。本论文通过杂原子配合物与结构导向剂相互作用形成的缔合物为模板剂成功制备了高金属含量的介孔分子筛,通过X-射线荧光光谱、X-射线多晶粉末衍射、X-射线小角散射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、N2吸附-脱附、热重-差热扫描、红外吸收光谱、氢气-程序升温还原、紫外可见分光光谱、X-射线光电子能谱、电子顺磁共振光谱、以及X-射线吸收精细结构等分析测试方法对样品的结构及杂原子的存在状态进行了表征,利用探针反应研究了样品的催化性能。本论文的研究成果主要有：(1)利用铁氰配合物K3[Fe(CN)6]与结构导向剂四丁基溴化铵形成的缔合物为模板剂,成功制备了高含量铁的介孔MFI分子筛。表征结果表明,所制备的分子筛样品具有高的结晶度,铁原子是以T04形式分布于分子筛的骨架结构中,当铁含量为7.2wt.%时,样品的比表面积为453m2/g,孔径约为2.68nm。根据分析测试结果,提出了该分子筛形成的机理。以苯酚羟基化为探针反应考察了分子筛的催化性能,结果表明,在反应温度为80℃和反应时间为6h的条件下,随着样品中铁含量的增加,其催化性能提高,当样品中铁的含量为7.2wt%时,苯酚的转化率可达56.7%,对邻苯二酚和对苯二酚的选择性高达73.4%。(2)利用铁和酒石酸的配位水热法成功制备了高含量铁的Fe-MCM-41分子筛。测试结果表明,当分子筛中铁的含量为11.8wt%时,铁是以四配位的形式存在于分子筛骨架中,样品具有比较规整的MCM-41六方介孔结构,样品的比表面积为987m2/g,孔径为3.84nm。进一步增加铁的含量至13.2wt%时,过多的铁会形成氧化物分散在分子筛的孔道中。以氧化脱硫反应考察了分子筛的催化性能,在反应温度为50℃和反应时间为1h的条件下,脱硫效果随着样品中铁含量的增加而提高,当铁的含量为11.8wt%时,样品对模拟油中的二苯并噻吩的脱除率可达99%。(3)利用酒石酸与钒的配位作用一步法合成了钒杂原子介孔分子筛,成功的制备了高含量钒的V-MCM-41分子筛。分析测试结果表明,当分子筛中钒含量为8.1wt%时,样品仍具有完整的MCM-41六方介孔结构,钒原子均匀的分布于分子筛的骨架结构中,样品的比表面积为692m2/g,孔径约为4.6nm,该样品对环己烷的H202氧化具有很好的催化性能,在反应温度为70℃和反应时间为7h的条件下环己烷的转化率可达22.57%,对环己酮和环己醇(KA油)的选择性可达99.53%。根据催化反应的结果研究了V-MCM-41的催化反应机理,提出了可能的反应途径,揭示了产物中环己酮与环己醇的比约为2：1的原因。(4)利用水热晶化和蒸发诱导自主装相结合的方法,成功制备了高含量钒V-SBA-16分子筛,分子筛骨架中钒含量可达9.3wt%。分析测试结果表明,所制备的分子筛具有SBA-16的三维立方孔道结构,钒原子均匀的分布于分子筛的骨架结构中,当钒含量为9.3wt%时,样品的比表面积为451.7m2/g,孔径约为4.3nm。在反应温度为30℃和反应时间为4h的条件下,V-SBA-16对苯的羟基化反应具有很好的催化性能,且其活性随着钒含量的增加而提高,当钒含量为9.3wt%时,苯的转化率可达25.6%,对苯酚的选择性为86.6%,分子筛具有良好的重复使用性。(5)采用水热合成法将钛和钒同时引入到介孔MCM-41分子筛骨架中,制备了一系列不同钒钛摩尔比的分子筛。研究发现,在合成这类分子筛的过程中先加入钛源,然后再加入钒源更有利于高含量双金属分子筛的形成。对其进行一系列的测试表征,结果表明所制备的样品具有六方介孔结构,但随着钛钒摩尔比的增加,样品的规整度出现明显下降。