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芳环化合物选择性加氢反应是化学工业和石油炼制工业中极其重要的反应之一。芳香族化合物种类繁多,具有取代基的芳烃及杂环芳烃的加氢产物是重要的精细化学品,已被广泛用作医药、农药的重要中间体；另一方面,在油品精制工业中,将部分芳烃或烯烃加氢至饱和,可改善油品的使用性能和质量要求。开发高效的多相催化剂是提升芳环加氢技术的关键。我们以廉价易得、可再生的生物质及其衍生物为原料合成氮掺杂炭材料（碳氮材料）。首先以氨基葡萄糖盐酸盐同时作为碳源和氮源,采用水热法制备了介孔碳氮材料（CN）；其次是以纤维素为碳源、草酸铵为氮源、NaHCO3为活化剂,采用我们课题组首创的“发泡法”制备出具有多级孔道结构的碳氮材料（NHPC）。最后,我们以制备得到碳氮材料作为新颖的催化剂载体材料,负载不同的纳米金属,制备得到碳氮材料负载的纳米金属催化剂,并成功地将这些催化剂应用于催化芳环化合物的选择性加氢反应中,实验和理论计算相结合系统地研究了相关选择性加氢反应的机理。首先,我们采用操作简便、环境友好的超声辅助共还原法在CN上负载了分散均匀、小尺寸（3.6nm）的RuPd双金属纳米粒子（RuPd/CN）,将其用于苯甲酸及其衍生物催化加氢反应中。研究发现,RuPd/CN的催化活性远高于相应的单金属催化剂（Pd/CN和Ru/CN）,如在同样温和的反应条件（85℃,0.1 MPa H2,水作溶剂）下,Ru/CN上苯甲酸的转化率为9%,Pd/CN上苯甲酸的转化率为38%,而RuPd/CN上苯甲酸的转化率高达67%。经一系列表征可知,双金属催化剂活性提升的关键是形成了的RuPd合金,Pd的加入提高了Ru0的比例,从而提高了催化剂的催化活性。在此基础上,我们结合DFT理论计算研究了反应机理。发现苯甲酸在不同催化剂表面的吸附能差异是导致不同H2压力平台出现的原因。通过构建苯甲酸羧基在不同催化剂上的解离和加氢模型可知,无论在哪种催化剂表面,COOH加氢均是热力学不支持的反应,从而解释了催化剂对苯甲酸的芳环具有超高加氢选择性的原因。其次,我们制备了一系列负载型Ir催化剂,发现其在催化苯甲酸芳环加氢反应中具备超高的催化活性,如Ir/CN 催化剂在相当温和的反应条件（85℃,0.1MPa H2,水作溶剂）下,反应0.5 h时的TOF值高达34h-1。通过实验排除了不同载体上Ir颗粒的大小、晶形,Ir物种的价态等因素对活性的影响,找出影响其活性的最关键因素是载体在溶液中的分散稳定性。进一步结合DFT理论计算系统地研究了负载型Pt族贵金属催化苯甲酸加氢性能的规律,探究了Ir催化剂具备超高活性的内在原因。研究发现,催化剂上底物与溶剂之间的竞争吸附会极大程度地影响催化剂催化苯甲酸的加氢性能。我们首次提出了不同催化剂上反应底物（H2）和反应溶剂（H2O）的解离能/吸附能之差与其催化苯甲酸加氢性能之间存在明显的“火山型”曲线。由此解释了Ir具备超高活性的原因是由于Ir催化剂表面的H2和H2O的解离能/吸附能之差处于一个最佳的范围内。最后,我们采用简易的超声辅助NaBH4还原法在NHPC（氮掺杂的多级孔道炭材料）上负载了分散均匀的Ru纳米粒子（Ru/NHPC）,并将其应用于甲苯和喹啉催化加氢反应中。与Ru/HPC （HPC,不掺氮的多级孔炭材料）和Ru/AC（AC,商业活性炭）相比,Ru/NHPC表现出不同寻常的高活性和稳定性。在催化甲苯加氢反应中,100℃、3 MPaH2的反应条件下,Ru/NHPC的TOF值可高达39000 h-1；在催化喹啉加氢时,在100℃、3MPa H2的反应条件下,Ru/NHPC的TOF值可高达2858h-1。且Ru/NHPC不会被含氮化合物（喹啉及其加氢产物）毒化,具有很好的重复使用性和抗毒化性能,这进一步提高了其在实际生产中的应用潜能。深入研究证实了NHPC中相互贯通的多级孔道结构和掺杂的氮对催化剂的性能提升起到了关键的作用。综上所述,本论文首先基于生物质原料制备了氮掺杂的多孔炭材料,并以此为新颖载体负载了RuPd、Ir、Ru等纳米金属,得到高性能的芳环加氢（苯甲酸、甲苯及喹啉的选择性加氢）催化剂,并结合理论计算对加氢反应的机理进行了深入的研究,指出了氮掺杂对载体及纳米金属电子结构的改变、载体孔道结构、底物与溶剂分子在催化剂表面的竞争吸附是影响相关加氢反应性能的关键因素。这些工作的开展能够为未来进一步设计高效、高选择性加氢催化剂以及相关催化剂的工业应用提供参考。