氨是生物所需要的活化氮的重要来源,是制造化肥和其他含氮化合物的前驱体,也是可以协调能源和环境问题的重要的氢能载体。开发高活性氨合成催化剂对降低Haber-Bosch工艺的能耗和普及可再生能源利用都具有重要的理论和应用价值。因为钌基催化剂作为第二代氨合成催化剂,具有在低温低压下比常规铁基催化剂更高的催化活性,所以本论文着重于开发钌基氨合成催化剂。由于钌催化剂具有结构敏感和依赖载体两大特性,其催化性能受到钌纳米晶体形貌和载体性质的影响。因此,调控钌纳米晶体的形貌结构和选择适宜的载体对于构建高活性的钌基催化剂具有重要意义。本文采用多元醇法,通过对实验因素的精细调变来控制所得钌纳米晶体的大小和形状。另外,选择具有高比表面积和层状结构的石墨烯作为钌纳米晶体的担体,借鉴钌纳米晶体可控合成的结果,制备了具有较高活性的石墨烯负载钌催化剂。主要的研究内容和结论如下:1.多元醇可以直接还原钌前驱体合成钌纳米晶体。通过改变还原剂强弱,金属前驱体的浓度和表面活性剂的添加量实现对钌纳米晶体粒径大小的控制。增强还原剂的还原性,添加表面活性剂以及提高钌前驱体的初始浓度,分别使钌纳米晶体的平均粒径从8.42nm降低至3.61 nm,1.77nm,1.75nm,并且钌纳米晶体的粒径分布从2-22 nm变为2-6 nm,2-4 nm,0-5nm。根据LaMer模型可知,选择还原性更强的1,3-丙二醇作还原剂,提高钌前驱体的初始浓度均显著提高了钌单体的成核速度;表面活性剂油酸可以吸附在钌纳米晶体表面,阻止晶体的生长,因此获得了粒径较小,分布较窄的钌纳米晶体。2.采用氧化还原法成功地制备了石墨烯,并探究了氧化石墨分散液浓度,超声剥离氧化石墨的时间,还原剂种类对所得石墨烯比表面积的影响。多元醇可以将氧化石墨烯还原成石墨烯,所得石墨烯中仍残留有部分含氧官能团。当选用乙二醇为还原剂时,不同浓度的氧化石墨分散液对应的最佳剥离时间也不一样。当氧化石墨分散液浓度为1mg/mL,超声剥离时间为2h时,选用1,2-丙二醇为还原剂得到的石墨烯的比表面积最大(401 m2/g)。3.本论文利用多元醇同时还原氧化石墨烯和钌前驱体来制备石墨烯负载钌催化剂。借鉴钌纳米晶体可控合成的实验结果,通过改变实验条件,对负载在石墨烯上的钌纳米晶体的大小和形状进行调控。当选用1,3-丙二醇作为还原剂时,所得催化剂比表面积最大(168 m2/g),钌纳米晶体的分散度最高(14%),粒径最小(5 nm)。氧化石墨烯分散液的zeta电位对负载在石墨烯上的钌纳米晶体的形貌和氧化状态有显著影响。氧化石墨烯片层带负电的含氧官能团可以与带正电的钌前驱体配位形成C-O-Ru复合物,还原后钌纳米晶体在石墨烯上取向生长,生成扁平六棱柱状的钌纳米晶体,该催化剂在所有制备的样品中表现出了最高的催化氨合成活性(24 mmol NH3/gRu·h)。