我国（尤其是河南省）的钼、钨储量极为丰富,而目前国内对于钼、钨资源的开发利用仍处于以矿产粗加工为主的初级阶段,钼钨产业亟需产业升级。事实上,钼、钨基氧化物和碳化物等材料,以其独特的电子结构、高稳定性和氧化还原特性被广泛应用于各种催化反应中,是一类性能优异的氧化还原反应催化剂。为了充分利用我国钼、钨矿产资源的优势,提高其产业附加值,我们利用钼、钨基材料设计合成了一系列新型高效的催化剂,可分别应用于烯烃环氧化反应、电催化甲醇氧化反应和电催化还原析氢反应。烯烃的环氧化反应不仅在医药、涂料、环氧树脂和其他高附加值化学产品中具有广泛的应用,而且还在环境友好化学中拥有重要价值。由于双氧水（H₂O₂）具有低成本、反应无污染（副产物是水）的优势,因此以H₂O₂为氧化剂设计合成新型、高效的环氧化催化剂成为烯烃环氧化反应的研究重点。但值得注意的是,目前工业生产使用的电力仍普遍来源于火力发电,需要消耗大量的煤炭、石油等化石燃料。随着化石能源的不断开采使用,其储量日渐枯竭,价格也随之浮动;而且,化石能源在使用过程中对环境造成了很大的污染,对生态的可持续发展也产生了极大的负面影响。因此,人类需要寻找清洁、高效、可持续利用的新型能源来代替不可再生化石能源。燃料电池由于能量转化效率高、对环境友好、装置简单,逐渐成为最受人们关注的新兴能源之一。以氢和甲醇为能量消耗的氢燃料电池和甲醇燃料电池是目前应用较为广泛的燃料电池。氢燃料电池面临的最大问题是氢能的供应,电催化析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）是一种较为经济和环保的制氢方法;而甲醇燃料电池面临的关键问题则是阳极的甲醇氧化反应（Methanol Oxidation Reaction,MOR）。目前常用的电解水析氢反应和甲醇氧化反应的催化剂均含有铂（Pt）族贵金属元素,然而铂系元素高昂的价格、稀缺的资源限制了它们的大规模使用。因此,开发设计合成一种高效稳定、价格低廉的非贵金属催化剂成为我的主要研究方向。基于以上背景,本论文以多金属氧酸盐（Polyoxometalates,POMs）和沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）为研究对象,将POMs通过原位合成法装入ZIFs的孔道内,形成POM@ZIF前驱体。利用POM@ZIF空间限域作用,成功得到了具有高效烯烃环氧化（Epoxidation）、甲醇氧化反应（MOR）和析氢还原反应（HER）性能的催化剂。本论文的研究内容主要分为以下三个章节:首先,将饱和Keggin型多钨氧酸盐K₅[α-BW₁₂O₄₀]·11.4 H₂O(简称BW₁₂)封装到ZIF-8的孔道内,利用空间限域热解和后修饰氧化策略,成功得到均匀分散在碳基底上具有H₂O配位的WO_x纳米颗粒（记为H₂O-WO_x@C）。我们对H₂O-WO_x@C催化剂进行了一系列的表征,并系统的研究了其烯烃环氧化催化性能。结果表明,含有H₂O配位的WO_x纳米颗粒具有非常优秀的烯烃环氧化催化性能,对顺式-环辛烯的催化反应,在最优条件下催化剂的TOF值达到949 h^-1,是商业WO₃的近120倍。还通过紫外光谱进一步验证了HOO-WO_x是最可能的反应中间物质,为钨基催化剂的进一步研究提供了理论和实验依据。然后,利用Ni取代的Keggin型杂多钨酸盐K₁₀[SiW₉O₃₇Ni₃（H₂O）₃]（简称SiW₉Ni₃）、ZIF-8和导电碳黑（C）合成催化剂前驱体SiW₉Ni₃@ZIF/C,经高温煅烧成功得到由碳化钨（WC）和金属Ni组成的WC/Ni纳米粒子。在碱性条件下表现出优异的电催化甲醇氧化反应性能,起始电位为+0.35 V（vs Ag/AgCl）,当电位达到+0.60 V（vs Ag/AgCl）时,氧化峰电流密度最高310 mA cm^-2。采用+0.5 V（vs Ag/AgCl）电压进行恒电位电解,评估了催化剂稳定性,结果显示电解约110 min后,其氧化峰电流密度无明显下降,表明该催化剂具有良好的稳定性。此外,我们还研究了煅烧温度和不同过渡金属对MOR催化活性的影响。最后,将饱和Keggin型多钼氧酸盐（n-Bu₄N）₃[PMo₁₂O₄₀](记为PMo₁₂)封装到ZIF-8的孔道中,利用空间限域热解成功得到了MoC@NC催化剂。在酸性条件具有理想的HER催化性能,在10 mA cm^-2电流密度下,其过电位138 mV（vs RHE）;恒电位电解12h后,其电流密度下降约20%,证明MoC@NC催化剂具有较好的稳定性。此外,该催化剂在碱性条件下也具有良好的催化活性,在10 mA cm^-2电流密度下,过电位为136 mV（vs RHE）。同时,还系统的研究了煅烧温度、PMo₁₂掺杂量、不同过渡金属掺杂和碳含量等对催化活性的影响,为合成高性能、高稳定性的催化剂提供了数据支持。