金属有机骨架材料(MOFs)衍生的多孔碳基材料具有高比表面、高孔隙率、高导电性、高稳定性、抗腐蚀性、结构功能可调等特点,已成为当前异相催化领域中的研究热点之一。本论文系统地研究了多种MOFs衍生多孔碳基材料的可控制备方法及其对不同反应的催化性能;通过对照实验的理性设计、系统的结构表征及理论计算模拟等手段,初步揭示了 MOFs衍生多孔碳基材料中催化活性位点的本质,并探究了系列催化材料的构效关系:(1)通过可控热解锌钴双金属类普鲁士蓝复合物,制备得到金属钴内嵌的多孔氮掺杂碳亚微米球。所得催化剂在对硝基苯酚还原反应中表现出比某些贵金属基催化剂更好的催化活性。通过一系列对照实验和表征结果明确了催化剂中的活性位归属:一类是被含缺陷或裂缝碳层非密实包覆的金属钴,另一类是被致密碳层完全包覆的金属钴。这项工作为理解负载金属的碳基催化剂的活性位的本质提供了重要的补充。(2)利用沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的高孔隙率和金属节点的周期性分布等特点,通过可控热解钌(Ru)掺杂的ZIF-8前驱体制备了原子级钌位点内嵌氮掺杂多孔碳并用于电化学析氢反应。所得催化剂表现出优于商业化Pt/C的活性和稳定性。毒化/恢复实验和密度泛函理论计算结果证实金属钌单位点在电催化过程中起到了主导作用。这为开发新型MOFs衍生金属单位点碳基催化剂,揭示活性位的本质和可能的反应机制提供了指导。(3)通过在钴离子溶液中水解ZIF-8并进一步热解所得的中间体,制备得到二维超薄氮掺杂碳纳米片负载金属钴纳米颗粒。与MOFs衍生的体相颗粒对照样品相比,该二维超薄氮掺杂碳纳米片负载金属钴纳米颗粒具有更大的活性物种暴露程度和更为有利的传质效率,在电化学析氢反应中展现出优异的催化性能。这主要归因于其独特的超薄形貌特点和合适的多孔结构。该工作为MOFs衍生碳基催化剂的理性设计及其构效关系研究提供了更好的实验依据。