很多精细化学品的合成都是通过两步或多步化学反应实现的，且大部分化学反应过程都需要酸或碱的催化，如果先后单独使用酸或碱单功能催化剂，就不得不重复执行加料，反应和分离等操作步骤，过程十分繁琐，因此，酸碱双功能催化材料的研究具有重要意义。在化学反应体系中，酸碱双功能催化剂能将两步或多步化学反应集中在一个反应容器中一次完成，通过酸碱协同催化作用，简化了操作程序并提高了催化效率。另外，酸碱双功能催化作用在均相体系中是不能实现的，因为酸碱基团会发生酸碱中和破坏作用，失去各自的催化性能。只有合成酸碱活性中心固定于载体表面的多相催化剂，使酸碱中心不能自由移动，避免了酸碱中和反应的发生，才能实现酸碱协同作用。在某些有机反应中，即使双功能催化剂的酸碱强度不高，远低于酸或碱单功能催化剂的酸或碱强度，酸碱中心协同作用也可以显著的提高其在化学反应中的催化性能。羟醛缩合反应是一类重要的碳碳键形成反应，也是一种非常重要的有机反应类型。酸，碱或酸碱协同催化剂都可用于催化羟醛缩合反应。在丙酮和各种苯甲醛的羟醛缩合反应中，在酸催化条件下，丙酮变为烯醇式结构，苯甲醛的氢化正离子进攻烯醇式结构得到产物；在碱催化条件下，丙酮失去α氢，得到负离子，进攻苯甲醛的醛基得到产物，得到的产物在酸或碱催化条件下，进一步脱水生成α，β-不饱和羰基产物。因此，针对于羟醛缩合反应，探究酸碱双功能介孔材料的酸碱协同催化效应是一个具有重大意义的研究课题。在此背景下，本论文针对于羟醛缩合反应，成功合成了一系列酸碱双功能介孔材料，并通过各种表征如X射线衍射，N₂吸附脱附测试，透射电镜，扫描电镜，核磁共振，红外光谱，X射线荧光光谱等测试对合成样品的介孔结构和酸碱性质进行了表征。另外，虽然酸碱双功能介孔催化材料的研究已经取得了很大的进展，但酸碱协同作用的机制尚不清晰。因此，我们探究了酸碱双功能介孔材料的酸碱中心强度匹配、碱中心质子化、酸碱中心的空间距离以及介孔材料的表面硅羟基等因素对其催化性能以及酸碱协同催化机理的影响。第三章采用后嫁接法将碱性基团-NH₂固载于不同酸强度的硅基载体SBA-15，Al-SBA-15，SBA-15-COOH和SBA-15-SO₃H的孔道内，制备了一系列酸碱双功能介孔材料SBA-15-NH₂，Al-SBA-15-NH₂，NH₂-SBA-15-COOH和NH₂-SBA-15-SO₃H，并考察了它们在羟醛缩合反应中的催化性能。与样品SBA-15-NH₂相比，样品Al-SBA-15-NH₂和NH₂-SBA-15-COOH表现了较高的催化活性，表明选择较强酸性固定化载体嫁接碱性基团，有利于提高酸碱双功能材料的催化性能。然而，当我们选取具有强酸性有机基团的载体SBA-15-SO₃H上嫁接等量的碱性基团后，样品NH₂-SBA-15-SO₃H在羟醛缩合反应中催化性能并不理想。这个结果可能是由于较强的酸性基团-SO₃与碱性氨基发生了酸碱中和反应，使酸碱中心不能独立存在，进而不能在催化反应中有效地发挥协同催化作用。实验结果表明通过调整酸碱双功能介孔材料的酸碱中心强度的合理匹配，可以使酸碱活性中心有效地发生协同作用，提高其在化学反应中的催化性能。第四章采用氧化和热解的方法合成了酸碱双功能介孔材料SO₃H-MCM-41-NH₂。首先使用1-甲基环己醇和3-（三乙氧基硅）异氰基丙酯合成了有机硅烷中间体（3TAME），进一步在碱性条件下与十六烷基三甲基溴化铵和正硅酸乙酯共缩合，合成了介孔材料SH-MCM-41-NHMch。通过双氧水氧化巯基（-SH）和真空热分解氨基甲酸酯基（-NHMch）分别获得磺酸基和氨基，成功将酸碱基团引入到介孔MCM-41的孔道内。这种合成方法能有效的避免酸碱活性位的中和破坏作用和氨基的质子化，致使催化材料SO₃H-MCM-41-NH₂在羟醛缩合反应中具有较高的催化性能。第五章通过在羧基功能化的SBA-15上后嫁接赖氨酸H-lys（boc）-OMe.HCl和boc-lys-OMe.HCl的方法成功合成了羧基和氨基距离不同的酸碱双功能介孔材料Maximum-C-A-SBA-15（羧基和氨基距离较远）和Proximal-C-A-SBA-15（羧基和氨基距离较近）。首先以1-乙基-3-（3-二甲基氨丙基）碳二亚胺（EDC）和N-羟基丁二酰亚胺（NHS）为螯合剂，使赖氨酸的不同氨基与羧基功能化SBA-15的羧基发生反应，将赖氨酸成功键合于介孔SBA-15的孔道内，再脱去氨基和羧基的保护基团后，成功合成了羧基和氨基距离不同的酸碱双功能介孔催化材料Maximum-C-A-SBA-15和Proximal-C-A-SBA-15。各种表征手段证实合成材料具有介孔特征和酸碱双功能特性。对比于样品Maximum-C-A-SBA-15，样品Proximal-C-A-SBA-15在羟醛缩合催化反应中显示了较好的催化活性和TON值。结果表明实现协同催化作用要求两种功能基团在一定范围内彼此相互靠近，这样有利于反应过程中质子的传递和反应分子的运输，从而在化学反应中实现较高的催化性能。第六章以表面活性剂F127为模板剂，将不同类型及不同碱强度的氨基硅烷与正硅酸甲酯在中性条件下一步共缩合，成功合成了一系列氨基功能化的中空纳米硅球材料（HNS-NH₂和HNS-NNH₂）。中性的合成条件避免了合成材料的氨基质子化，有效的保留了酸碱中心。同时，将氨基功能化的HNS材料用于催化羟醛缩合反应。与氨基功能化的介孔材料MCM-41和SBA-15相比，氨基功能化的HNS介孔材料展示了极好的催化性能。表征结果证实氨基修饰的中空纳米硅球（HNS）材料具有孔径大，运输孔道短以及比表面积高等优异特性，使其在化学反应中便于运输反应物分子和产物分子，从而提高了其在羟醛缩合反应中的催化性能。另外，采用硅烷基化处理样品表面硅羟基，获得的样品Silylated-HNS-NH₂和Silylated-HNS-NNH₂由于表面硅羟基的减少催化活性明显降低，进一步证实硅羟基与氨基的酸碱协调作用是提高样品HNS-NH₂和HNS-NNH₂在羟醛缩合反应中催化性能的关键。