蒸汽裂解和催化裂化是原油提炼过程中的两个重要单元。蒸汽裂解和催化裂化产生的C4组分中不仅包含单烯烃,而且含有少量的丁二烯（BD）等双烯烃。在单烯烃的聚合反应中,丁二烯的存在会使下游催化剂中毒而失活,所以有必要将丁二烯的含量降低至100-200 ppm。由于催化裂化产生的C4组分中丁二烯的含量较少,常规的精馏技术无法有效分离,因此丁二烯选择性加氢成为最经济有效的方法。目前,丁二烯选择性加氢反应的催化体系较为丰富,其中,应用最多的催化体系为贵金属Au、Pt、Pd催化剂,此外,金属离子液和非贵金属催化剂也逐渐受到更多的关注。文献调研表明,由于Au催化剂结构复杂性,不同Au物种对丁二烯选择性加氢活性的贡献仍存在较大的争议。此外,作为在其他加氢反应中具有广泛应用的Ir催化剂在丁二烯的加氢反应中的研究比较少见。针对上述研究现状,本论文从碳载金属纳米催化剂的结构调控角度出发,通过设计具有不同配位环境或粒子尺寸的金属活性中心,研究其在丁二烯选择性加氢反应中的构效关系。开展的研究内容和得到的主要结论如下:首先,针对Au催化剂的活性位点归属问题,利用氮化碳和氮掺碳（C3N4和NC）缺陷工程,通过控制热活化温度,构建具有不同化学配位环境的单原子Au催化剂（Au-N3/C3N4、Au-Cl/NC、Au-N4/NC）,进一步通过H2还原,得到粒径分布不同的Au纳米粒子（Au-NP）。我们发现:在丁二烯选择性加氢反应中,不同Au物种具有不同的反应活性,其顺序为:Au-NP≈Au-Cl＞Au-N3＞Au-N4,且配位环境显著影响不同Au物种的反应活性和稳定性。Au-NP与Au-Cl具有相似的反应活化能以及反应级数,BD的吸附均强于H2的吸附,还原前后Au Cl/NC催化剂均发生快速失活,其原因可能是催化剂表面积炭造成的孔道堵塞。相对于Au-NP和Au-Cl,Au-N3和Au-N4具有更高的表观反应活化能,但Au-N3上两种反应物分子均为弱吸附,而Au-N4上则为强吸附。NC和C3N4上H2还原诱导单原子Au物种团聚得到的粒子具有不同的圆度,其中NC上的Au粒子形状更不规则,并且较C3N4上更接近球形的Au粒子表现出更高的反应活性。所开发的1Au-N3/C3N4-R573催化剂在523 K高温反应条件下对丁二烯加氢反应展现出良好的1-丁烯选择性和优异的稳定性,是目前已报道Au催化剂中少有的不失活的催化剂。其次,我们以不同氮含量的氮掺碳作为载体,合成了一系列氮掺碳负载Ir纳米催化剂,并结合稳态性能测试、先进表征技术、动力学测试和密度泛函理论计算,系统地研究其在丁二烯选择性加氢反应中的金属粒径效应,载体效应和失活机理。结果表明:i)丁二烯加氢反应在Ir催化剂上具有结构敏感性,Ir粒径在2.2nm左右时催化剂性能最为优异,而且H2解离能可作为催化活性的判据;ii)NC载体的性质显著影响催化剂的催化性能,合适的氮含量和缺陷类型是影响反应性能的关键因素;ⅲ)揭示了两种失活机理:N:C比大于1时,积炭是催化剂失活的主要原因;当N:C比小于1时,催化剂表面1-丁烯/顺式-2-丁烯与丁二烯之间的竞争吸附导致催化剂活性降低。上述研究成果对新型高效金属纳米催化剂的设计具有重要的指导意义。