近年来,国际学术界认为当前化学发展的重要课题之一是“自然资源化学”。随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭,能源危机步步逼近,新型能源的获取问题亟待解决。甲壳素作为自然界中含量仅次于纤维素的第二大天然大分子,广泛存在于节肢动物外壳,它具有众多的功能基团,以及优良的生物相容性、生物可降解性,是构建功能材料的理想原材料。同时,它分子链上的羟基和乙酰氨基,可以吸附和分散有机分子和无机金属离子,在水处理、气体吸附、催化等领域有广阔的应用前景。因此对甲壳素的开发利用已日益引人注目。过渡金属钯催化剂由于其独特的催化性能,己成为研究热点之一。传统的均相钯催化剂在反应体系中虽然分散较好,催化效率高,但容易在反应过程中团聚失活,且不能回收,可能引发严重的环境污染和经济问题。非均相钯催化剂能够回收利用,节约资源且不污染产物,因而能够很好地解决这些问题。面对能源的日益短缺及现代社会对可持续发展的迫切需求,同时结合甲壳素本身的特点,用天然生物质资源甲壳素作为金属催化剂的载体材料己成为十分有潜力的途径。本工作利用实验室开发的碱/尿素水体系低温溶解甲壳素,通过热诱导将其构建成纳米纤维编织的微球。同时,将这种甲壳素微球用作金属钯催化剂的载体,其分子链中丰富的羟基和乙酰胺基能够有效地铆固金属钯;而且,微球较大的比表面积能够很好的分散钯纳米粒子。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线吸收光谱(XAS)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、固体核磁共振碳谱(13C-NMR)、氮气吸附仪等手段表征了这些负载催化剂的结构和性质。并通过一系列化学反应评价它们在催化领域的应用。本工作的主要创新点包括以下。(1)成功构建了多级孔结构的甲壳素微球,并利用其纳米孔洞设计和制备出一种高度分散的极小纳米钯催化剂,并阐明甲壳素和纳米钯之间的相互作用力。该负载催化剂在硝基类化合物的氢化反应中活性优异。(2)基于甲壳素微球大的比表面积及丰富的官能团,制备出一种高稳定性的Pd/甲壳素催化剂,它在一氧化碳的氧化及Heck碳碳偶联反应中均表现出良好的催化活性。(3)通过煅烧活化法,成功在甲壳素微球上制备出尺寸可控的纳米钯催化剂。并证明煅烧处理能够诱导0价纳米钯的形成,让催化剂更加稳定。该催化剂在苯乙烯和苯甲醛的加氢反应中表现出优异的催化活性和循环稳定性。本论文的主要内容和结论概括如下。利用碱/尿素水体系低温溶解甲壳素,通过热诱导将其构建成纳米纤维结构的甲壳素微球。基于该甲壳素微球较大的比表面积及丰富的孔结构,成功将高分散的极小纳米钯负载在微球上。甲壳素微球上的小孔(<1.4 nm)及乙酰胺基对极小纳米钯的形成非常关键。X射线吸收光谱(XAS)和扫描透射电子显微镜(HAADF)表明该纳米钯的平均尺寸为0.6 nm。同时,X射线吸收光谱表明所得纳米钯催化剂无论是氧化态还是还原态都能保持较好的分散性和较窄的尺寸分布。在4-硝基苯甲醚的氢化反应中,催化剂表现出极其优异的催化活性,其初始反应速率是商业销炭催化剂的14倍,同时具有较高的转化频率(TOF,～52000 h-1)。同时,该催化剂在10次循环反应过程中纳米钯虽然有所聚集,但活性损失很少,第10次反应循环后目标产物的产率仍能达到96%。因此,它具有很好的工业应用前景。为了进一步改善上述负载催化剂(Red-Pd@chitin)稳定性不够的缺点。我们通过高温煅烧法得到一种稳定的高分散Pd/chitin催化剂。X射线吸收光谱(XAS)和扫描透射电子显微镜(HAADF)证明了高分散纳米钯的存在。同时,所得负载催化剂成功用于研究Heck偶联反应和CO的氧化反应。Heck偶联反应中,Pd/chitin催化剂的活性明显高于商业的Pd/C,且多次循环反应后纳米钯几乎无聚集。然而,未经煅烧处理的Red-Pd@chitin催化剂在循环反应后纳米钯聚集明显。CO氧化反应中,Pd/chitin催化剂也显示出优异的反应活性和循环稳定性。进一步地,我们通过调控钯的负载量,在甲壳素微球上设计并合成了一系列分散良好,尺寸可控的纳米钯催化剂。所得系列纳米钯催化剂具有良好的分散性和较窄的尺寸分布,并且随着钯负载量的增加,纳米钯的尺寸从1nm到3 nm变化。甲壳素微球上丰富的羟基和乙酰胺基不仅能够铆固纳米钯,同时在高温煅烧过程中甲壳素载体也能将钯离子还原,从而使纳米钯更加稳定地固载在甲壳素微球上。重要的是,这些负载Pd@chitin催化剂在苯乙烯和苯甲醛的加氢反应中表现出优异的催化活性和循环稳定性。活性最高的钯催化剂在氢化苯乙烯的反应中,其TOF值高达50000 h-1。而且,经过煅烧的催化剂在10次反应循环过程中,反应活性几乎没有损失,纳米钯也没有聚集。本学位论文构建出一系列甲壳素/钯负载催化剂,研究了材料结构与性能之间的构效关系,并且实验数据也表明它们在催化领域具有很大的应用前景。研究工作涉及高分子材料、有机化学、催化等领域,具有交叉学科研究的特点。在这里有效解决了钯纳米粒子很难保持较小颗粒同时高度分散的问题,同时所制备的负载催化剂能高效的催化各类化学反应。重要的是,利用生物质资源为原料,符合当今社会可持续发展的需求。因此,本论文课题具有学术价值和应用前景。