随着纳米技术的不断发展,纳米催化剂由于其大的比表面积,独特的结构以及良好的稳定性等优点在催化领域逐步得到了蓬勃的发展,并且受表面效应的影响,纳米粒子的表面存在着许多的活性中心,进一步提高了催化活性,这使得纳米催化剂更加受到了人们广泛的研究。由于其丰富的储量、低廉的价格、低毒性以及在催化一些特定的反应时具有的可以媲美贵金属基催化剂的催化活性等优势,使得过渡金属纳米颗粒负载型催化剂在非均相催化领域迅速崛起。此外,虽然催化剂载体不具备催化活性,但是它可以支撑活性组分使其均匀的分散并且还可以增强催化剂的机械强度。其中,将杂原子引入到碳碳材料中不仅可以改善碳材料的物理化学性能,而且杂原子与过渡金属纳米颗粒之间形成的强大的协同作用还提高了催化剂的催化性能以及稳定性。因此,杂原子掺杂碳封装过渡金属纳米颗粒催化剂具有极大的应用潜力以及研究意义。本论文基于可持续发展的理念,采用一锅法将成本经济的原材料制备成杂原子掺杂的碳材料包裹钴纳米颗粒催化剂,并应用于直接催化氧化酯化反应,芳香硝基化合物的转移加氢以及N-甲酰化反应都表现出了优异的催化效果。本论文的主要研究内容如下:(1)将醇类直接氧化成酯是一种环保且经济有效的合成方法,在本工作中,用可再生壳聚糖,低成本的双氰胺和醋酸钴为原料,制备了氮掺杂碳包裹钴纳米颗粒催化剂Co@NC-900,并且将该催化剂用于芳香醇类与甲醇在大气条件下的选择性酯化,取得了优异的催化性能。此外,该催化剂Co@NC-900还可以对脂肪醇类进行氧化酯化,具有广泛的普适性,以及优异的重复利用性和稳定性。(2)在掺杂氮的基础上,对催化剂进行了进一步拓展,制备了氮、硫双掺杂碳材料封装钴纳米颗粒催化剂Co@NSC-800用于硝基化合物在甲酸铵(甲酸)充当氢源时的转移加氢和N-甲酰化反应。钴纳米颗粒与氮、硫之间的协同作用极大地提高了该催化剂的催化效率,特别是硫原子的掺入大大提高了N-甲酰化的选择性。此外,催化剂特殊的纳米管结构也有效的防止了钴纳米颗粒的腐蚀、流失。该催化剂在多次循环后仍保持了良好的催化活性,并且很容易被外部磁铁分离。本论文所研究的内容为过渡金属纳米催化剂的制备、催化氧化酯化、转移加氢以及N-甲酰化反应提供了一定的研究基础。