石墨烯(Graphene)是一种新型的二维蜂窝状碳纳米材料,具有电子运输能力强、比表面积大、化学稳定性好和机械稳定性高等独特优势,在多相催化领域得到了越来越广泛的应用。对石墨烯进行掺氮改性之后制备的掺氮石墨烯(NG)可以增加表面活性位点、改善电子传输能力、增大比表面积,有利于增强催化活性。因此,制备高催化活性的NG应用于多相催化领域具有很高的研究价值。本文首次以NG作为多相催化剂高效催化了硝基苯类衍生物的还原反应和苯甲醛类衍生物的氧化反应。本文利用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),利用水热法和水热-煅烧的方法制备了四种掺氮石墨烯。通过透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜(SEM)检测了GO和NG的形貌、层数和层间距;用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究了GO和NG微观结构;用X射线光电子能谱(XPS)分析了杂原子在石墨烯晶格中的具体键合形态及其掺杂比例,得到的四种NG含氮量分别为8.83%、8.03%、6.94%和3.60%,并确定了吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和含氧吡啶氮四种掺氮类型的含量。本文进一步以制备的NG为催化剂催化硝基苯还原反应。实验结果表明,NG可以实现对硝基苯还原反应的高效绿色催化。NG的底物拓展性较好,没有出现传统金属的脱卤现象。在此基础上,本文进一步研究了不同掺氮类型对于催化反应效果的影响,实验与密度泛函理论(DFT)计算的结果同时表明,石墨氮的催化效果最好。利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了反应中间态组成,推测了反应机理。此外,本文通过对催化剂循环能力的检测表明NG具有很好的循环活性。此外,NG还可以应用于催化苯甲醛氧化反应。实验结果表明,NG对该反应有较高催化活性。实验通过探索不同催化剂发现,NG中的氮元素和石墨烯片层结构是催化剂的必备条件,缺一不可。在此基础上,本文对实验条件进行一系列的优化,利用最优反应条件进一步探索带有不同官能团的苯甲醛化合物的反应效果,结果发现,上述底物均可以被NG高效催化。而且NG对于苯甲醛氧化反应同样具有很强的循环活性。以上实验结果拓展了NG在催化氧化反应和还原反应领域的应用范围,证明了石墨烯在多相催化领域有着广阔的拓展空间。