纳米过渡金属催化剂研究是目前催化领域研究的重要方向。纳米过渡金属催化剂主要分为纳米贵金属催化剂与纳米非贵金属催化剂,在催化反应中表现出极高的催化活性和产物选择性,在石油化工催化、光催化、电化学、新能源、氧化还原绿色化工过程等领域具有良好的潜在应用前景。可持续发展是世界经济发展战略,研究可替代的、绿色的催化选择氧化还原反应体系已成为当前有机合成领域的最重要的研究课题之一。而纳米过渡金属催化剂的设计与开发为绿色化学合成提供了新机遇。在本论文中,结合纳米贵金属与纳米非贵金属的催化特点,采用溶胶-固定法和液相还原法设计、构筑具有新催化特点的纳米过渡金属催化剂。研究制备条件与催化剂结构、形貌、尺寸之间的关系。采用清洁的02作为氧化剂,H2或NaBH4作为还原剂,纳米过渡金属催化剂催化1,2-丙二醇氧化、顺酐加氢以及硝基芳香化合物还原反应。研究纳米催化剂结构、尺寸、载体性质与催化性能的构效关系。揭示其选择性催化氧化还原机理和反应动力学行为。得到的主要研究结果如下：1.纳米Au、Pd、Ag单金属与双金属催化剂选择催化氧化1,2-丙二元醇首先采用水热法和沉淀法制备的羟基磷灰石纳米棒(HAP)和Mg(OH)2纳米片为载体,然后采用化学还原法制备了纳米Au、Pd单金属与双金属溶胶,将纳米金属溶胶以溶胶-固定法负载在载体上,构成负载型Au-Pd/HAP和Au-Pd/Mg(OH)2纳米金属催化剂。实验发现,具有多晶结构的Au和Pd单金属纳米颗粒与Au-Pd双金属颗粒均匀分散到HAP纳米棒和Mg(OH)2纳米片上,并与载体之间存在强的相互作用,表面具有碱性位,且具有表面吸附氧能力。同时发现,Au-Pd双金属催化剂中Au与Pd纳米颗粒之间存在电子转移。通过改变有机修饰剂PVP与添加剂KBr的含量可以控制制备不同粒径的金属Pd纳米立方体颗粒。采用化学还原法制备了不同结构和尺寸的金属Ag纳米颗粒。实验发现,具有不同官能团的有机修饰剂与Ag+离子之间存在不同的相互作用,通过控制有机修饰剂的种类可控制金属Ag纳米颗粒的结构和尺寸,所制备的纳米Ag具有多晶结构。以02为氧源,分别研究了负载型纳米Au-Pd双金属和纳米Pd单金属以及金属Ag纳米颗粒催化剂在水相1,2-丙二醇氧化中的催化性能。当以Au-Pd/HAP为催化剂,在0.1 MPa O2的反应条件下,Au-Pd/HAP双金属催化剂具有高效催化氧化1,2-丙二醇选择性制备乳酸的催化活性,1,2-丙二醇转化率为96.6%,乳酸选择性高达97.1%。高比表面积的HAP促进了Au和Pd金属纳米颗粒在其表面的高分散,同时其碱性有利于增强氧化反应。双金属Au-Pd纳米颗粒具有协同催化作用,其催化活性与乳酸选择性远高于单金属Au和Pd催化剂。当Au-Pd/Mg(OH)2双金属催化剂为催化剂时,以Mg(OH)2纳米片为载体制备的Au-Pd/Mg(OH)2催化活性与乳酸选择性远高于以Mg(OH)2微米片为载体的催化剂催化活性与选择性,载体的碱性在提高乳酸选择性中起到重要作用。当以Au0.75Pd0.25/Mg(OH)2为催化剂,在1 MPa的反应条件下,1,2-丙二醇的转化率为97.5%,乳酸的选择性为88%。同时研究发现,HAP负载Pd纳米立方体比HAP负载Pd纳米球在催化选择氧化1,2-丙二醇的催化活性高。催化氧化1,2-丙二醇活性与纳米Pd催化剂表面结构密切相关。在纳米银催化选择氧化1,2-丙二醇过程中发现,在120℃,1.0 MPa O2压力下反应4 h,当平均粒径为25.3 nm的AgTween纳米多面体为催化剂时,1,2-丙二醇转化率为65.6%,乳酸选择性为62%；而当平均粒径为17.3 nm的AgCA纳米球为催化剂时,在同一反应条件下,1,2-丙二醇转化率为100%,甲酸选择性为30.5%,乙酸选择性为63.2%。纳米银催化氧化1,2-丙二醇制备乳酸、甲酸和乙酸的催化活性与Ag纳米催化剂表面结构密切相关。在研究纳米Au、Pd、Ag单金属与双金属催化剂催化1,2-丙二醇氧化过程中发现,催化剂的纳米Au、Pd、Ag单金属与双金属与1,2-丙二醇的端羟基之间具有强的相互作用,通过其在氧化反应中选择脱氢氧化成羟醛中间体,进一步氧化形成乳酸。2.金属Ni纳米催化剂催化选择加氢还原顺酐研究在乙醇溶液中,采用化学还原法制备的不同尺寸和形貌的金属Ni纳米催化剂。实验发现,金属Ni纳米颗粒具有多晶结构,具有不同官能团的有机修饰剂与Ni2+离子之间存在不同的相互作用,通过改变有机修饰剂的种类可以改变金属Ni纳米颗粒的结构和尺寸。金属Ni纳米颗粒催化顺酐加氢反应中,反应温度80℃,氢气压力为2 MPa,反应150 min,NiCA催化顺丁烯二酸酐的转化率为99.8%,丁二酸酐选择性为100%,其催化活性是传统镍基催化剂雷尼镍的6倍以上。研究发现随着催化剂粒径的减小,纳米镍的催化活性增加。小粒径纳米镍和多晶结构在乙酐作用下,对顺酐的C=C双键具有加氢选择性,而对C=O双键无选择性。3.金属Cu纳米催化剂催化选择还原芳香化合物研究在乙醇溶液中,采用化学还原法制备了不同尺寸和形貌的金属Cu纳米催化剂。实验发现,碱性条件与有机修饰种类对金属Cu纳米颗粒的形成起到关键作用,通过改变有机修饰剂种类可改变金属Cu纳米颗粒的结构和尺寸。当修饰剂不存在的条件下,纳米铜粒径明显增大。纳米铜具有多晶结构。以NaBH4为氢源,不同粒径的纳米铜在水相中下催化选择还原3-硝基-4-甲氧基乙酰苯胺(NMA)合成3-氨基-4-甲氧基乙酰苯胺(AMA)反应中发现,小粒径的纳米铜催化剂表现出高的催化活性,可实现在常温下催化NMA还原AMA。在该反应中,纳米铜起到氢转移作用,使得NMA上硝基选择性还原为氨基。