双功能催化剂是一类具有两种活性中心的材料,酸碱双功能催化剂是其中的一种,特指表面同时具有酸性和碱性活性中心的材料,分别促进脱水与脱氢反应,在工业上具有重要的作用。在各种催化材料中,金属氧化物常表现出酸、碱或两性特征,此外,既可作为催化剂又能作为载体,具有较大的改性空间,通过调控本身的形貌、分子尺寸及暴露的活性位点可以提高金属氧化物的催化活性,而且负载型金属氧化物往往存在电子效应或协同作用,这在提供更为丰富的酸或碱种类及反应活性位的同时,提高了催化剂整体的催化活性。因此,在金属氧化物基础上研究酸碱双功能材料,结合酸碱性质的有效调控,对强化该类催化剂对反应的选择性、催化活性以及提高催化剂的应用范围,均有非常重要的意义。本论文从金属氧化物出发,通过表面修饰或重构,以及复合材料结构设计等策略,构建具有高催化活性与稳定性的金属基酸碱催化材料。并在此基础上提出有效的利用金属氧化物取代有机官能团作为酸、碱位点起源的双功能材料合成策略,通过对材料酸碱调控、活性位分布控制等过程研究,揭示催化剂酸碱种类以及酸碱性质与催化反应活性的内在关系,所做主要工作如下:首先使用简单的浸渍法制备氧化铝负载的钨-锌（W-Zn）双金属催化剂,研究发现,Zn的掺杂量会影响活性位的分布,催化剂的煅烧温度对其酸碱强弱也有影响,同时,金属氧化物的形貌与催化剂性能之间的构效关系也在醇类的选择性氧化反应中得到验证（第2章）。基于15W-2.3Zn-Al2O3催化剂,苯甲醇的转化率可达97.5%,苯甲醛的选择性为95.2%。试验结果表明,适当的锌元素掺杂可以调整金属活性位点的分布密度,不仅改变了化学活性位点的分布,也可以增加金属间电子的相互作用,使得到的催化剂具有优异的催化活性与稳定性,在反应中循环使用6次后,活性无明显下降。此外,该催化剂还具有普适性,适用于众多醇类的选择性氧化,并通过化学计算辅助证明了催化活性,验证了该类催化剂在氧化脱氢方面的应用潜力。基于氧化脱氢的结果,论文第3章自制混合金属氧化物,对二甘醇的氧化内酯化作进一步探究。以层状双金属氢氧化物（LDH）为前体,通过煅烧得到一系列混合金属氧化物（LDO）,并考察了不同金属组合的混合金属氧化物的形貌变化。实验结果表明,制备的ZnO-ZnCr2O4（Zn-Cr-O）催化剂相比其他混合金属氧化物具有较高的二甘醇转化率,而450℃煅烧所得Zn-Cr-O催化剂具有更优异的产物选择性。通过条件的筛选,在4小时内,二甘醇的转化率可达81.95%,1,4-二氧六环-2-酮（PDO）的选择性高达96.22%。催化剂的酸碱性质通过CO2-TPD以及NH3-TPD测定,结果表明煅烧温度对催化剂酸碱位点的强弱以及性质均有影响,金属氧键的形成增加了 Lewis酸位点的数目,更有利于双氧水的活化。XPS检测表明Zn和Cr之间存在电子迁移,使两者之间的联系更加紧密,表明催化剂活性组分的选择以及酸碱位点的强弱对催化活性有明显的影响。金属氧化物的稳定性以及Zn与Cr之间的化学键同时保证了该催化剂的稳定性,在循环过程中,重复使用10次以上未见相应离子浸出。为进一步研究酸碱双功能催化剂的设计策略以及酸碱性能对反应的贡献,首先采用溶胶凝胶法自制具有高比表面积的钛硅分子筛,之后进行酸碱金属锚定,并以脱缩醛-克脑文格尔反应为探针验证其催化活性（第4章）。通过比较一步合成法与两步合成法得到的Mg（Ca）-Zr/Ti-HMS催化剂形貌,比表面积,电子效应及酸碱分布等情况的差异,发现两步法更能避免双活性位的团聚冲突,且酸碱位点的和谐共存以及均匀分散使得材料具有更高的反应活性。在两步法所得的催化剂作用下,苯甲醛二甲缩醛的转化率＞99.6%,产物苄烯丙二腈的选择性＞99.8%,并且Mg-Zr/Ti-HMS催化剂在连续循环10次后,转化率和选择性没有明显改变。实验发现,所得酸碱双功能催化剂产生的酸碱位点在该催化体系中有重要作用,酸性位点促进苯甲醛二甲缩醛的吸附以及苯甲醛中C=O键的质子化,与此同时,催化剂的碱性位点会活化丙二腈中的α-H使其成为碳负离子,随后进攻苯甲醛,最终生成目标产物苄烯丙二腈。最后,结合本章研究进展,提出新的合成可控酸碱双功能介孔材料的设想。在酸碱双功能催化剂的研究基础上,继续以金属氧化物为基础,制备出活性组分高分散的高效烷基化催化剂,应用于萘、蒽的选择性烷基化反应,并结合化学计算探究择形催化可能性。针对萘的烷基化（第5章）,利用柠檬酸复合改性制备出高效的锆基烷基化催化剂,并以叔丁醇为烷基化试剂,对萘高选择性制备2,6-二叔丁基萘（2,6-DTBN）的反应进行研究。碱处理引入的介孔结构以及复合改性金属间协同作用的增强,进一步提高了萘烷基化反应的转化率。研究表明,催化剂整体酸度的优化,Zr与丝光沸石之间的协同效应以及丝光沸石孔道结构的优化,共同造就了 2,6-DTBN/2,7-DTBN的高比值,仅需5.0当量的溶剂,3.0当量的叔丁醇以及20 wt.%的催化剂,2,6-二叔丁基萘与2,7-二叔丁基萘的比值可高达49,较好地克服了萘烷基化反应中的选择性障碍。本章解决了 2,6-DTBN/2,7-DTBN比值低,催化剂使用量大,溶剂消耗多,寿命短等问题,从而具有工业应用价值。针对蒽高选择性制备2-戊基蒽的反应（第6章）,制备硼掺杂的铁/锆双金属强固体酸催化剂,利用硼酸与金属协同改性的方式调控表面酸性。研究表明,在1.0B-Fe-Zr/MOR催化作用下,均三甲苯为溶剂时,可以达到选择性（91.4%）与转化率（47.8%）的平衡,从而为蒽一步烷基化得2-戊基蒽提供了关键性指导。