负载型纳米Au催化剂因其优异的催化活性和选择性,在涉及化学工业和环境保护等催化领域重要化学反应中得到广泛而深入的应用研究。将超细纳米Au颗粒分散构筑于催化剂整体结构中,不仅能获得更强的金属-载体间相互作用,而且可以发挥其经济高效的催化作用和最大的原子效率,已成为研究负载型贵金属纳米催化剂的热点。然而,具有超细纳米尺寸和高比表面积的Au粒子往往表现出极高的表面活性和极大的热不稳定性,在材料制备或使用中容易发生烧结、团聚和变形,从而急剧降低纳米Au催化剂的性能,并缩短其使用寿命。另外,负载的Au颗粒容易从催化剂中发生脱离和流失,而且Au催化剂回收率和Au粒子利用效率也往往比较低,影响其实际应用。为此,通过创新负载型纳米Au催化剂的结构构筑方法,进一步提高纳米Au催化剂的热稳定性、利用效率和催化性能,具有重要的研究价值和现实意义。本论文从构建高效催化体系和提高负载型纳米Au颗粒热稳定性出发,充分利用Yolk-Shell型复合材料的结构优势,通过中空核壳结构构建和基于乙二胺金前驱物网点固载的超细纳米Au原位还原技术,制备具有高分散性和高热稳定性的新型Yolk-Shell型纳米Au催化剂。通过乙二胺配位基骨架结构将Au离子分散锚定于材料结构和化学组分可调变的Yolk-Shell型复合载体结构中,经特定还原热处理,实现超细纳米Au颗粒的原位负载和封装固化。通过对Yolk-Shell型复合结构的调控和空间分割,充分发挥空腔结构的协同限域效应以及核壳结构的多组分协同增强作用,从而赋予催化体系独特的催化反应性能。具体研究内容如下:1.功能化构筑磁性核层结构,赋予Au催化剂优良的磁分离性能。以Fe2O3梭形微粒为内核,采用溶胶凝胶法表面包覆Si O2@RF@m Si O2复合物,经焙烧处理得到Si O2基双壳层Yolk-Shell型FSVm S复合椭球。利用DP法将Au(en)2Cl3前驱物均匀固载于FSVm S载体中,经程序升温氢还原热处理,得到双空腔磁性Yolk-Shell型MFSVm S-Au催化剂。研究表明,原位制备的负载型Au颗粒具有超细粒径尺寸(3.17 nm),由于乙二胺配位基和Si O2骨架结构的双重封装固化作用,呈现较高的分散性和热稳定性;Fe2O3转化为强磁性Fe颗粒,并构建内空腔结构,使MFSVm S-Au获得较高的饱和磁化强度(62.9 emu·g-1),可实现其快速分离和循环回用。双空腔结构的构建极大强化了反应过程的协同限域效应,促进了反应分子与催化活性位间相互作用,使MFSVm S-Au在4-NP还原反应中展现出相比单空腔或核壳结构对照材料更为优异的催化效率和稳定性。2.构建碳结构壳层分散固化Au颗粒,提高其活性和热稳定性。利用类St?ber法在Fe2O3微粒表面一步构筑Si O2@RF复合物,经过碳化-水热处理,得到具有介孔碳壳层的Yolk-Shell型FSVC复合椭球。联合DP反应-高温氢还原法,得到磁性Yolk-Shell型MFSAC催化剂。研究表明,固载于FSVC结构中的Au(en)2Cl3前驱物原位还原为超细纳米Au颗粒(2.08 nm),并封装固化于Si O2/C双壳层结构中,具有较好的分散性和热稳定性;水热反应中Si O2层刻蚀厚度的差异,使FSVC在氢还原过程中呈现两种不同磁性核层结构,使MFSAC获得更大的有效反应区域面积。碳结构不仅产生特殊的π-π界面效应以增强对反应物的吸附作用,而且改善Au晶体表面电子状态以促进Au粒子的催化作用。性能测试显示MFSAC在4-NP、MB和MO分子还原反应中展现出极高的催化效率以及较好的磁分离和循环回用性能。3.构建金属氧化物内层掺杂的核层结构,提高Yolk-Shell型催化体系的催化效率。首先制备Ce O2内层掺杂的Yolk-Shell型SCVm S复合微球,联合DP反应-低温氢还原法,得到Yolk-Shell型SCVm S-Au催化剂。研究表明,Ce O2沉积于Si O2核层表面形成可移动的活性金属氧化物内载体;中空结构尺寸可通过RF层厚度调变;固载的Au(en)2Cl3前驱物原位还原为高分散超细纳米Au颗粒,并封装固化于Ce O2/m Si O2结构中,在高温环境中仍保持较好分散性,具有较高的抗烧结性能。性能测试显示,中空结构促进了Au催化剂的催化过程,但其反应效率随空腔结构尺寸增加而递减;Ce O2层可改善Au晶体电子结构,产生Au-Ce O2间增强性相互作用,提高Au粒子的催化性能。Ce O2-Au/m Si O2-Au双壳层纳米反应器的构建,使SCVm S-Au在4-NP还原反应中表现出比Si O2基Yolk-Shell型SVm S-Au和核壳型SC-Au更为优越的催化反应效率。4.构建双空腔结构,提高金属氧化物内层掺杂的Yolk-Shell型Au催化剂的性能。以RF树脂构筑核层/夹层双模板,通过溶胶凝胶法穿插包覆Ti O2和m Si O2层,经过焙烧处理,制得具有双空腔结构的Ti O2/m Si O2 Yolk-Shell型H-TS复合微球。联合DP反应-低温氢还原法,将纳米Au颗粒原位制备于H-TS结构中,得到Yolk-Shell型H-TSAu催化剂。Ti O2和m Si O2空心球相互嵌套构成独立可移动的双活性复合载体,具有较高的比表面积。生成的超细纳米Au颗粒(4.42 nm)分散固化于Ti O2/m Si O2双壳层结构中,在苛刻高温环境中显示较高的抗烧结性能。双空腔结构的形成增强了反应分子与Au催化活性位间相互作用。在Ti O2-Au/m Si O2-Au双壳层纳米反应器的协同作用下,H-TSAu在4-NP还原反应中展现出比H-T-Au和H-S-Au单壳层空心球更为优越的催化性能。5.构建复合金属氧化物内层掺杂的核层结构,进一步提高Au催化剂的性能。采用水热法在Si O2@Ti O2微粒表面修饰Ni O-Ti O2复合物,形成树莓状核层结构,经过表面制备RF@m Si O2复合物和焙烧处理,得到Ni O-Ti O2内层掺杂的Yolk-Shell型SNTVS复合微球。联合DP反应-低温氢还原法,将Au(en)2Cl3前驱物固载于SNTVS结构中,得到Yolk-Shell型SNTVS-Au催化剂。水热过程中,无定型Ti O2转为锐钛晶相,Ni O掺杂于Ti O2结构中,使Si O2表面形成Ni O-Ti O2树莓状堆积层。生成的超细纳米Au颗粒(2.87 nm)分散固化于Ni O-Ti O2树莓状核层和m Si O2壳层结构中。m Si O2壳层有效保护了Au粒子和Ni O-Ti O2复合物。Ni O-Ti O2异质结的形成产生增强性内电场效应,进一步强化Au催化剂的性能。SNTVS-Au所构建的Ni O-Ti O2-Au/m Si O2-Au多重活性反应界面可以发挥多组分协同增强作用,使其在4-NP还原反应中展现出优于STVS-Au、SNVSAu、SVS-Au和SNT-Au微球的极高的催化效率和循环使用性能。