作为纳米技术在多相催化领域内的应用而发展起来的新概念—纳米催化剂,被国际上称作第四代催化剂。由于纳米催化材料具有比表面积大、表面能高、催化剂表面活性位点多、晶体内部扩散通道短等其它催化材料无法比拟的优势,使得纳米催化剂在化学工业中大显身手。迄今为止,人们已经成功地设计合成了碳纳米管、纳米金属(簇)、纳米金属氧化物、纳米沸石、纳米膜等催化材料,并且这些纳米催化剂在许多化学反应中都显示出良好的催化性能。目前,如何开发出更加绿色环保的纳米催化材料和拓展现有纳米催化剂的使用范围将会是未来研究的重点方向。本论文从以下几个方面开展了纳米催化剂在有机反应中的应用研究：第一章：概述了纳米催化剂所独有的特性,常用的合成方法以及八种最具有代表性的纳米催化剂实例,并介绍了纳米催化剂在环境领域、化工领域、能源领域中的实际应用,总结了纳米催化剂的发展现状和市场前景。第二章：我们以各种金属的可溶性盐类或金属氧化物、钛酸丁酯为原料,在室温条件下通过简单的共沉淀法制备了一系列金属离子掺杂的二氧化钛纳米催化剂(M-TiO2)。我们使用苯乙烯、苯甲醇、甲苯和苄胺的液相氧化反应来评价这止匕M-TiO2的催化性能。据我们所知,这是首例以金属离子掺杂的二氧化钛纳米颗粒作为非光催化剂在有机化合物的选择性氧化中的催化应用。第三章：研究了以金属离子掺杂的纳米二氧化钛作为催化剂在苯乙烯的氧化反应中的应用,分别探讨了不同的金属离子种类及掺杂量、溶剂效应、焙烧温度和循环次数对该反应的活性及选择性的影响,并对反应机理进行了推测。结果表明,当使用过氧化叔丁醇为氧化剂,在乙腈中回流4小时后,催化剂Cu-10以生成无氯苯甲醛为主,产率可达96%；而催化剂Co-15则以苯乙烯环氧为主产物,产率为80%。此外,金属离子掺杂的二氧化钛纳米催化剂还可以催化苯甲醇和甲苯的液相氧化反应,其产物无氯苯甲醛的选择性大于99%。第四章：开发了以V-TiO2为催化剂在室温条件下将苄胺选择性催化氧化生成苯甲酰胺的反应。分别考察了催化剂用量、反应时间、溶剂效应和催化剂的焙烧温度对该催化体系的影响。研究表明,当使用未焙烧的V-15为催化剂,催化剂用量为0.2g,反应时间为10小时,乙腈为溶剂时,苄胺的转化率高达95%,目标产物的选择性大于99%；并且该催化剂在重复使用6次后仍可使底物的转化率保持在83%以上。第五章：我们设计合成了一种绿色磁性纳米固体酸催化剂ZrO2-Al2O3-Fe3O4(ZAF),并对该催化剂的晶体结构、微观形貌、磁性、表面酸中心的种类和数量、热稳定性进行了系统的表征。与传统的固体超强酸相比,这种ZAF磁性纳米固体酸催化剂无需浸渍硫酸根和经过高温焙烧即具有很高的催化活性,对酯化反应,双吲哚甲烷类化合物的合成,Hantzsch反应,Biginelli反应和Pechmann反应都具有一定的催化活性,并且通过外加磁场可实现催化剂与反应体系的快速分离。第六章：以乙酸正丁酯的合成为探针反应,考察了一系列具有不同比例的ZAF磁性纳米固体酸催化剂的活性,实验结果表明,当Zr:Al:Fe3O4=16:16:l时,催化剂ZAF-16/16具有最佳的酸催化活性,可使酯化反应的转化率达到90%,产物选择性大于99%。同时,催化剂ZAF-16/16可高效地催化19种双吲哚甲烷类化合物及其衍生物的合成,并且在循环使用5次后,催化剂的回收损失几乎可以忽略,也未发现明显的活性丢失。此外,催化剂ZAF-16/16还对7-羟基-4-甲基香豆素的合成具有一定的酸催化活性。第七章：研究了ZAF磁性纳米固体酸催化剂在多组分反应中的催化应用。发现在Hantzsch反应中,当催化剂ZAF-16/16用量为0.05g,用无水乙醇作溶剂回流1.5小时,即可高效地合成16种1,4-二氢吡啶类化合物。而在Biginelli反应中,当催化剂ZAF-16/16用量为0.2g,以乙二醇为溶剂,在140℃下反应5小时,也可得到中等到较高的目标产物产率,经过底物扩展,一共合成了17种3,4-二氢嘧啶-2-酮类化合物和14种3,4-二氢嘧啶-2-硫酮类化合物。