碳纳米管(CNTs)独特的结构和优越的性能受到广泛的关注。其中,用作催化新材料是研究的一个热点。研究和开发与碳纳米管相关的催化新材料,替代传统催化材料,拓宽其在石油化工产品等领域的应用,有着巨大的应用前景,对于纳米科技领域的发展也具有深远的理论意义。同时,碳纳米管作为催化新材料的研究,可以为碳纳米管在催化领域的应用提供基础,有助于碳纳米管其他相关领域的研究,为将来碳纳米管大规模的应用打下坚实的理论基础。本文以碳纳米管为载体,采用新的、高效的、绿色的均相氧化沉淀法,将具有高活性二氧化钌(RuO2)纳米颗粒负载在其表面,构筑具有高催化活性以及高选择性的纳米催化新材料。研究催化剂的制备方法、催化剂的性能表征与反应机理、催化剂的失活与再生以及催化剂的结构与活性关系,详细讨论了“以碳纳米管为基础构筑催化新材料的新方法与新技术”中的科学问题。 本文从催化剂的制备入手,利用绿色的氧化剂H2O2,一步成功制备出碳纳米管负载RuO2纳米催化剂(RuO2/CNTs),建立了全新的、绿色的均相氧化沉淀制备方法。通过对RuO2/CNTs催化剂的表征,发现此方法能够有效的减小RuO2纳米颗粒的粒径,具有较高的分散度。对其制备过程的FT-IR表征发现,碳纳米管表面的基团起了关键的分散作用,体现出碳纳米管作为载体的优越性。将此法进行扩展,对于不同的载体与活性组分的负载都非常有效,体现了此法的普遍适用性。系统表征了RuO2/CNTs催化剂的醇类催化氧化性能,结果表明对不同醇类都展现了出色的催化氧化性能,其中伯醇活性均高于仲醇,对于环己醇与正庚醇特别突出；同时对催化剂的制备条件以及反应条件进行了优化。通过苯甲醇反应动力学模型拟合,发现氧化反应符合LHHW动力学模型,并提出了相应的反应机理。对催化剂的稳定性进行了系统的研究,通过XPS和TG表征发现,RuO2/CNTs催化剂的边界结合水的存在是导致催化剂循环过程中失活的主因；提出“补水”的再生方法,有效的解决催化剂的稳定性问题,并用复合电势法发现催化剂在水相中反应不会失活的现象,证实边界结合水的失去确实是活性失去的主因。最后,采用了全新的研究方法一电容法对催化剂的结构与活性进行了系统的研究。通过不同气氛下不同温度处理来改变催化剂的结构,测定相关的电容与活性。研究发现,催化剂的电容与催化剂的活性成正相关关系,说明催化剂的活性是由催化剂结构中电子与质子传输的平衡决定,证实了催化剂失活的原因。同时,可以实现对催化剂结构有效调控,根据不同性能的要求实现不同的结构。 综上所述,以碳纳米管为基础构筑催化新材料确实展现出出色的性能,充分说明了碳纳米管作为催化新材料载体的优越性能,为碳纳米管在催化及其相关领域的应用提供了相应的研究基础。