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铁系金属、氧化物,包括Fe、Co、Ni及其氧化物,由于具有优良的电学、磁学、化学等性质,在能量存储、生物医药、催化等领域有重要应用。本论文通过室温固相化学反应合成了一系列铁系金属、氧化物及复合物纳米材料,并将它们用作催化剂,考察了这些纳米材料在对硝基苯酚(4-NP)还原反应、煤直接液化反应中的催化性能,研究了固相反应微环境、反应性强弱对材料组成及微观形貌的影响,讨论了这些铁系纳米材料催化性能与微结构的关系,探索这些材料在相关催化领域的应用。具体研究内容如下:(1)通过金属盐与NaBH4在室温下进行固相氧化还原反应合成了Fe、Co、Ni金属单质纳米材料和NiCo双金属纳米材料,这样的室温固相反应路径可作为一种通用的合成方法来用于金属纳米材料的合成。考察了不同实验条件对产物微观形貌的影响,辅助剂的加入可改变固相反应微环境,减缓固相反应速度,使产物的粒径变小,团聚现象改善,得到更为均匀、尺寸更小的铁系纳米材料。将在不同制备条件下得到的Ni纳米单质用作4-NP还原反应的催化剂具有较好的循环使用性能,循环使用五次后对4-NP的转化率仍可达86.6%。(2)为了进一步提高Ni纳米单质对4-NP还原反应的催化效果,在氧化石墨烯(GO)存在的条件下,通过镍盐与NaBH4进行室温固相反应,制得了金属Ni/还原的氧化石墨烯(Ni/rGO)纳米复合物,考察了复合物纳米材料对还原4-NP反应的催化性能。结果表明:在复合物纳米材料的固相合成过程中,NaBH4可实现对金属盐和GO的同时还原,从而制得相应的金属单质/石墨烯纳米复合物。纳米复合物在4-NP还原反应中的催化性能好于相应的纳米单质,也好于固相反应合成的贵金属Ag纳米粒子,但是低于Ag/GO纳米复合物。(3)通过室温固相法分别制得了Fe3O4纳米粒子和Fe3O4/rGO纳米复合物,考察了它们对两种新疆煤直接液化的催化性能。结果表明:由室温固相法合成的Fe3O4纳米粒子对新疆黑山煤液化有较好的催化效果,其液化转化率和油产率分别比未使用催化剂时提高8.8 wt%和11.3 wt%;与Fe3O4纳米粒子相比,Fe3O4/rGO纳米复合物对黑山煤直接液化效率没有显著提高。以Fe3O4纳米粒子为催化剂,考察了它对新疆大黄山煤直接液化的催化效果,发现低阶的大黄山煤比黑山煤更适合应用于煤直接液化反应,确定了新疆大黄山煤在Fe3O4纳米粒子作用下直接液化的最佳反应工艺条件。(4)由室温固相法通过还原亚铁盐制得Fe单质、再控制氧化Fe单质得到了具有特殊结构的Fe/FeOOH纳米材料,探讨了这种特殊结构的形成机理,并考察了它在煤直接液化反应和废水处理中的应用。研究结果表明:通过固相化学反应的“还原-氧化-熟化”过程可以合成薄层片状构筑的三维Fe/FeOOH分级纳米结构,这种分级结构对新疆大黄山煤直接液化的转化率和油产率分别比未使用催化剂时提高11.6 wt%和7.0 wt%;将分级结构纳米材料用作吸附剂对水中的染料和金属离子进行处理,对刚果红和Cr(VI)的最大吸附容量明显高于其它类似结构的材料,分别达到167.8 mg/g和57.9 mg/g。