醇类化合物的氧化反应是众多有机合成过程中的关键步骤之一。金纳米粒子作为醇氧化反应的催化剂,具有制备过程简单、功能化方法多样、物理/化学稳定性高以及对伯醇底物的高选择性等优点,然而,金纳米催化剂只有在碱性条件下,或者负载在碱性载体上时才可以催化醇类的氧化反应,极大地限制了金纳米催化剂在连续反应过程中的应用。本文用石墨烯量子点(GQDs)修饰金纳米粒子得到GQDs/Au复合物,力求建立在酸性/碱性条件下均可高效氧化醇类化合物的催化体系。酚类化合物也是有机合成过程中重要的原料和中间体之一。同时,酚类化合物亦是众多工业反应中的副产物。含酚废水的污染范围广、危害性大,酚类化合物的催化氧化过程是降解酚类、降低酚污染的主要途径。利用酶催化方法降解酚类化合物的过程效率高且能耗低,催化反应可在较温和的条件下进行,但自然酶的稳定性差、提取过程复杂、无法循环利用,极大地限制了酶在工业催化上的应用。本文建立了石墨烯基纳米复合材料催化剂和固定化酶两种催化体系代替自然酶,以改善酶的上述缺点,建立高效、高稳定性的酚催化氧化体系。据此,本文围绕石墨烯基纳米复合材料在醇类/酚类化合物氧化过程中的催化性能展开了相应的研究工作,其主要研究内容和结果如下:1.石墨烯量子点/金纳米复合物(GQDs/Au)在水相中催化氧化藜芦醇的研究。在氧化剂H2O2的参与下,控制溶液pH和反应时间,GQDs/Au复合物可以在较广pH范围内高效、高选择性地将藜芦醇氧化成藜芦醛或藜芦酸。通过自由基抑制剂和电子顺磁共振波谱表征发现,藜芦醇的氧化反应由活性氧自由基控制。在酸性条件下,GQD与H2O2反应产生的单线态氧起主要作用;而在碱性条件下,GQDs/Au复合物中的GQD和Au同时起到催化作用,反应由超氧负离子和单线态氧共同控制。GQDs的大平面芳香共轭结构、优异的化学稳定性和大量的边缘羧基对GQDs/Au复合物优异的催化活性起到不可或缺的作用。GQDs/Au复合物作为催化剂展现出优异的底物选择性、催化效率和稳定性,是催化藜芦醇水相氧化的高效催化剂。2.磁性四氧化三铁/石墨烯量子点/金纳米复合物(Fe3O4/GQDs/Au)在不添加溶剂的情况下催化氧化藜芦醇的研究。基于GQDs/Au在水相中优异的催化性能,在此将催化体系扩展至无溶剂体系。同时,为了简化GQDs/Au的回收过程,将GQDs/Au负载在磁性Fe3O4纳米粒子上得到Fe3O4/GQDs/Au复合体系。Fe3O4/GQDs/Au可以在敞开体系、无溶剂参与的条件下有效催化藜芦醇的氧化。催化反应延续了水相中对产物藜芦醛优异的选择性,并具备较高的转化效率。本催化体系实现了催化剂的快速分离,不产生溶剂浪费和水体污染,具有潜在的实际应用价值。3.石墨烯量子点/四氧化三铁纳米复合物(GQDs/Fe3O4)催化降解酚类化合物的性能研究。GQDs修饰的Fe3O4(GQDs/Fe3O4)具有远高于Fe3O4纳米粒子的、与过氧化物酶类似的催化活性,可有效氧化多种酚类化合物。GQDs的存在促进了催化体系中活性氧自由基的产生,改善了GQDs/Fe3O4复合物间的电子传递效率,提高了复合物对芳香底物的亲和力。与辣根过氧化(HRP)相比,GQDs/Fe3O4复合物作为催化剂具有高活性、高稳定性、优异的循环利用性以及制备简便、原料低成本等优点,是氧化降解酚类污染物的高效催化剂。4.CRGO/Fe3O4/HRP催化降解酚类化合物的性能研究。纳米材料除直接作为催化剂外,还可作为载体负载酶分子建立固定化酶体系。化学还原氧化石墨烯/四氧化三铁纳米复合物(CRGO/Fe3O4)负载的辣根过氧化物酶(HRP)保持了HRP的高催化效率,对多种酚类化合物的降解效率接近游离HRP,并具有优于HRP的稳定性和循环利用性。CRGO/Fe3O4/HRP良好的稳定性和循环利用性极具应用价值,是实现低成本、高效降解酚类化合物的有效手段。