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纳米材料具有独特的尺寸效应、晶面效应和协同效应,是一类很关键的催化材料,被广泛的应用于工业生产中,包括加氢工业、燃料电池、气体和电化学传感等领域。纳米粒子催化剂的活性和稳定性很大程度上依赖于粒子的大小和形貌特征。形貌均一、尺寸小、分散均匀的纳米材料由于其优异的催化活性和稳定性引起了广泛的关注。本论文主要通过有机配合物途径制备超细高分散碳载过渡金属催化剂。有机配合物是指含有配位单元的有机化合物,由于其具有灵活多变的化学结构,具有多样的配位方式,能与过渡金属或稀土金属形成金属配合物。本论文选择不同有机配体,通过调控金属离子的氧化还原电极电势,控制金属纳米粒子的生长速率:利用配体的空间限域效应抑制金属纳米粒子的生长;通过有机配体与金属纳米粒子表面的相互作用,调控金属活性中心的电子结构,从而制备高性能的碳载过渡金属催化剂。主要内容如下:1.以活性炭作为载体,乙二胺四亚甲基膦酸同时作为配位剂和稳定剂,PdCl2为前驱体,NaBH4为还原剂,一步还原制备膦酸功能化的超细、高分散Pd/C催化剂。透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)研究表明制备得到的Pd/C催化剂中,Pd粒子的平均粒径为2.7nm,分散度为37.1%,优于同等条件下的商业化催化剂。制备得到的催化剂对罗丹明B(RhB)和对硝基苯酚(4-NP)的催化加氢反应的活化能分别为27.18和16.79kJmol-1,明显低于商业化Pd/C催化剂(57.12和 55.71 kJmol-1)。2.通过使用惰性盐NaCl同时作为硬模板和稳定剂,以硝酸铂(Pt(NO3)2)和硝酸镍(Ni(N03)2)为金属源,葡萄糖(C6H1206)为配体和碳源,通过研磨-溶解-结晶工艺,结合一步高温炭化法合成嵌入PtNi合金粒子的碳纳米片(PtNi@GCNs)。由于其独特的二维多孔的结构和嵌入超细PtNi金属间化合物之间良好的协同效应,使其对对硝基苯酚(4-NP)加氢还原反应具有良好的催化活性(k=0.276 min-1),可以在10分钟之内将4-NP完全转换为对氨基苯酚(4-AP)。并且,PtNi@GCNs具有良好的循环稳定性。3.以四取代苯胺酞菁钯(PdPc)为金属前驱体,氧化石墨烯(GO)为载体,PdPc与GO间可以通过π-π共轭作用结合在一起,合成PdPc/GO复合物。将复合物PdPc/GO在氩气和氢气氛围中,低温还原Pd(Ⅱ),制备得到负载于还原石墨烯表面的Pd单原子催化剂。该催化剂对罗丹明B的加氢还原反应具有优异的催化活性(k = 0.083 min-1)。4.以Si02为模板,通过层层自组装的方法,合成SiO2@GO纳米微球。通过GO与FePc之间的强烈的π-π相互作用力,将FePc负载在Si02@GO纳米微球表面,得到SiO2@GO/FePc复合物。在氮气氛围下高温热解,NaOH去除SiO2模板,得到三维石墨烯纳米球负载的Fe单原子催化剂(3DRGO/Fe-N-C)。Fe元素以单原子的形式分散在3D RGO的外表面,所有的金属活性中心能与电解液充分接触,使其对ORR表现出优异的催化性能。相比于商业化Pt/C催化剂,3D RGO/Fe-N-C在KOH溶液中对氧还原反应(ORR)的半波电位为0.85 V,比Pt/C正20mV,显示出更为优越的电催化活性;同时,3DRGO/Fe-N-C还具有良好的抗甲醇性能和抗SOx和NOx毒化性能。