随着石油短缺和温室气体排放所引发的能源问题和环境问题的加剧,以煤炭和可再生的生物质为原料生产燃料和化学物质的方法得到了人们的广泛关注。例如,通过碳一路线可以合成草酸二酯；通过生物质的发酵可以生成琥珀酸二酯、乙酰丙酸、乙酰丙酸酯和糠醛。而且,这些羰基类化合物加氢的产物多为具有高附加值的醇类和内酯化合物。就这点而言,通过碳一路线和生物质转换路线生产醇类和内酯化合物具有重要的经济和环保价值。因此,设计和开发高性能的羰基类加氢催化剂具有重要的意义。虽然,贵金属催化剂对羰基化合物加氢具有极高的催化活性,但是高昂的价格限制了其在工业中应用。就这点而言,工业的铜铬催化剂在羰基化合物加氢中展现了优异的催化性能并得到了广泛的应用,但是高毒性的Cr6+物种会导致严重的环境污染问题。因此,设计和制备高性能、环境友好的无铬铜基催化剂用于羰基化合物的加氢是十分有必要的。另外,醛和酮作为重要的化工中间体,在当今的化学品生产中扮演着重要的角色。工业上,醛或酮主要通过以Cr、Mn或碘的高价态无机盐作为氧化剂的醇类化合物的氧化反应来生产,但是有毒且爆炸性的强氧化剂的使用会导致严重的环境污染和安全问题。因此,以有机物作为氢受体的醇类物质无氧转移脱氢反应应运而生,而且由于其绿色环保的过程和目标产物的高选择性得到了广泛推崇。但是,在负载型催化剂中能够高效地催化醇类物质转移脱氢的催化剂尤其铜基催化剂仍然是缺乏的。因此,开发高活性的铜基催化剂用于无氧脂肪醇的脱氢反应具有重要的实际意义和科研价值。传统的铜基催化剂存在着活性组分分散不均匀和活性组分过分单一所导致的活性低的问题；活性铜与载体之间相互作用弱所导致的反应过程中失活等问题。为了解决这些问题,通过均匀共沉淀法、单源水滑石前体法和两步的水滑石前体法分别制备了活性组分高分散的复合金属氧化物,经过还原得到了Lewis酸、氧缺陷和Lewis碱促进的双功能铜基催化剂。另外,通过热解CuAl-LDH与三聚氰胺的杂化前体制备了具有包覆结构的高分散Cu@CN催化剂。(一) 通过含表面活性剂CTAB的均匀共沉淀法,合成高分散Al掺杂ZrO2负载的纳米铜基催化剂(Cu/Al-ZrO2),并将其应用于一系列酯的加氢反应中。经过系统的表征发现,Al的引入可以极大地改变催化剂的结构和所表现出的催化性能。与不含Al的催化剂对比,含Al的催化剂具有更大的铜表面积和更小的铜纳米粒子。而且证明了将Al引入ZrO2的骨架,可以形成四配位的Al物种,从而增加金属铜的分散性和形成更多的Lewis酸中心。当Al/(Cu+Al+Zr)的质量比为0.1时,在DMO加氢中DMO的转化率可以达到100%、EG的选择性达到97.1%且催化剂的转化频率高达16.9 h-1,这是由于催化剂表面高分散Cu物种与Lewis酸性位之间的表面协同作用。而且,所制备的Cu/Al-ZrO2催化剂在其它一系列酯(琥珀酸二甲酯、马来酸二甲酯、己二酸二甲酯、1,4-环己烷二甲酸二甲酯)气相加氢中也表现出了十分优异的催化活性。(二)通过CuMnAl单源水滑石前体合成了含Mn尖晶石负载的铜基催化剂,并将其应用于DMS分子的加氢反应中。所制备的催化剂展现了超强的催化活性：DMS完全转化、GBL的选择性高达98%,且催化剂的催化活性可以维持在100 h以上。经过一系列的表征(XRD、STEM.TEM、EPR、H2-TPR、XPS、in-situ FT-IR)发现在催化剂前体中引入Mn,不仅可以提高催化剂中Cu0物种的分散性而且可以在催化剂表面形成大量的氧缺陷。催化剂所展现出的高催化效率可以合理地归因于氧缺陷与Cu0物种之间的表面协同作用。这种协同作用不仅可以促进DMS分子的吸附和羰基活化,而且可以促进氢气的解离。更重要的是,所制备的催化剂在其它含羰基的生物质衍生物(如羟基丙酮、乙酰丙酸、乙酰丙酸酯和糠醛)的气相加氢中,展现了极强的应用前景。(三)通过两步的水滑石前体法合成了表面富含强Lewis碱性位的Cu/CaAlO催化剂并将其应用于糠醛的转移加氢反应中。在无溶剂、无外界氢供给或循环的反应条件下,所制备的催化剂在加氢-脱氢耦合同时生成GBL和FOL的反应中展现了超强的催化活性：长达100 h的高FOL和GBL产率(>95%)。通过HRTEM.PAS、XPS、CO2-TPD和原位吸附丁醇的表征证明了催化剂表面存在着缺陷的铜纳米粒子、丰富的强Lewis碱性位和Cu+物种,而且这三者构成的协同纳米环境可以高效地同时催化1,4-BDO上的羟基的脱氢和FL上的羰基加氢。(四)通过简单的高温热解Cu-Al水滑石和三聚氰胺的杂化前体合成了氮掺杂碳包覆铜纳米粒子的Cu@CN催化剂,并将其应用于脂肪醇的液相转移脱氢反应中。这种合成方法可以有效地在铜纳米粒子(9 nm)的表面形成氮掺杂的碳层(0.5-0.7 nm)。与原始的CuAl-LDH所制备的铜基催化剂相比,所合成的Cu@CN催化剂展现了更加优异的催化活性包括转化率、选择性和稳定性。Cu@CN纳米催化剂所展现的高效率可以归因为表面强Lewis碱性位、高分散铜纳米粒子和Cu+物种的表面协同作用,从而极大地促进脂肪醇上羟基的活化、脱氢和氢的转移。