在众多难降解的有机污染物中,以对硝基苯酚(4-NP)为代表的硝基芳烃化合物的处理备受关注。4-NP不仅在自然界难以降解,还容易在生物体或人体内富集,对人体有致突变、致癌、致畸的潜在毒害作用。催化4-NP加氢既可以解决4-NP造成的污染问题,还可将4-NP加氢转化为高附加值的有机中间体—对氨基苯酚(4-AP)。4-AP的全球需求量非常大,可用于医药、农药、橡胶、染料等行业。新型高效催化剂的设计开发是目前该领域的研究重点和难点,具有重要的理论意义和现实意义。针对4-NP的高效液相加氢反应,设计构建了负载型、包覆型和杂原子掺杂碳基催化剂等三类催化剂,涵盖了贵金属、非贵金属和无金属催化剂这三类体系,系统地探究了其组成、结构、形貌及表/界面调控等因素与催化反应性能间的关系,分析了可能的反应路径。具体内容如下:一、负载型高分散性Ag基催化剂的合成、表征及其催化4-NP液相加氢研究采用简易的水热法合成Co3O4多孔纳米板(COS)作为载体,之后通过NaBH4液相还原处理将Ag NPs负载在纳米板上,制备出一种高分散性Ag基催化剂(ACOS)。合成的ACOS经由XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、N2吸附-脱附等测试技术进行系统表征。其结果显示,Ag NPs(颗粒尺寸约9.5 nm)在COS载体上均匀分散;该催化剂具有介孔结构,比表面积达24.6 m2 g-1。将合成的ACOS应用到4-NP液相加氢反应中,发现ACOS具有较优异的催化反应性能(Kapp达0.122 min-1,TOF为2.4 mmol g-1 h-1),这主要归因于Ag NPs的均匀分布、高比表面积的多孔结构以及Ag NPs与Co3O4载体之间的协同作用。这些优势可为4-NP加氢反应提供丰富而稳定的活性位点和快速的界面电子转移,进而提升了催化反应性能。此外,循环反应性能测试分析发现ACOS催化剂在循环使用5次后仍保持较高的催化活性。另外,通过考察不同反应温度及反应物浓度下的催化行为,发现4-NP和BH4-在ACOS的表面存在竞争吸附,证实了 ACOS催化4-NP加氢过程遵循L-H模型,并提出ACOS催化4-NP加氢反应机理。二、纳米针自组装类花状Co@NC-MF催化剂的构建及其在4-NP液相加氢中的应用本章采用一步水热和后焙烧处理的方法合成了包覆型的纳米针自组装类花状催化剂,即Co@NC-MF。不同条件下合成的一系列Co@NC催化剂通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、TG、XPS、N2吸附-脱附等表征测试技术进行表征分析。其结果显示,催化性能最佳的Co@NC-MF催化剂呈现纳米针自组装类花状的独特结构,内部Co NPs(平均粒径为20.1 nm)嵌入在氮掺杂碳层内部。将合成的Co@NC-MF催化剂用于4-NP液相加氢反应,发现其具有优异的催化性能(Kapp达0.228 min-1,TOF为3.3 mmol g-1 h-1)。循环性能测试分析发现该催化剂经简单磁分离循环使用5次后活性没有明显的降低。通过考察其合成条件对催化性能的影响,研究发现:钴源的含量、尿素的引入及焙烧温度较大程度地影响了催化剂Co@NC的形貌、Co NPs的颗粒尺寸及催化反应性能;通过考察氧化、酸洗处理对催化性能的影响,研究发现:Co@NC-MF催化剂的优异性能可归因于均匀分散且稳定的Co NPs和N掺杂碳层与Co NPs之间的界面协同作用。三、萝卜衍生的N掺杂多孔碳催化剂的绿色可控制备及其在4-NP液相加氢中的应用本章以生物质萝卜干粉为碳源,尿素为外来氮源,KOH为活化剂,简单混合后,在N2气氛保护下焙烧制得N掺杂多孔碳催化剂,即NKC系列催化剂。NKC系列催化剂通过XRD、SEM、TEM、Raman、TG、XPS、N2吸附-脱附等表征测试技术进行表征分析。其结果显示,催化性能最佳的NKC-3-800催化剂呈现蜂窝状结构,同时具有介孔和微孔结构,比表面积达2163.3 m2 g-1,孔容为1.88 cm3g-1,N掺杂量达11.8 at.%。将合成的NKC系列催化剂用于4-NP液相加氢反应,通过对比其催化活性,研究发现:NKC催化4-NP加氢性能与其N掺杂总量无关,而与石墨氮含量密切相关。其中,NKC-3-800具有最佳的催化性能(Kapp达0.275 min-1,TOF为10 mmol g-1 h-1),其催化性能可媲美甚至优于已报道的金属甚至贵金属催化剂。此外,通过考察不同反应温度及反应物浓度下的催化行为,发现4-NP和BH4-在NKC-3-800催化剂表面同样存在竞争吸附,其催化反应行为符合L-H模型。这为廉价易得的生物质在4-NP催化加氢领域的高效应用提供了更多的可行性,具有良好的应用价值和前景。