在石油化工和精细化工中,酸催化占有非常重要的地位。液体酸具有较高的催化活性而广泛应用于工业领域,但其缺点很明显,例如污染环境、腐蚀设备、产物难分离和催化剂难回收等。为克服液体酸的缺点,研究人员把固体酸引入到酸催化中替代正在使用的液体酸,这成为近年来催化剂研究的热点。固体酸相对于传统液体酸具有催化活性高、选择性好、重复利用率高、对设备腐蚀小和环境污染少等优点,在烃类的选择性催化氧化中起到了日渐重要的作用,受到广大研究者的青睐。烃类的选择氧化到相应的酮(醇)或者环氧化合物被认为是最基本的有机反应之一,也是引入氧原子的重要途径,合成的含氧产物广泛用于精细化工领域。本论文主要制备了铜铬复合氧化物,铬锆磷酸盐和过渡金属交换的磷酸锆固体酸催化剂,并将其用于烃类的选择性氧化和烯烃的环氧化反应,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等技术对催化剂进行表征,主要内容如下:(1)通过溶胶凝胶法制备不同比例的铜铬复合氧化物,分别为CuCr2Os,CuCrOs和Cu2CrOs,并以过氧化氢(H2O2)为氧源,将其用于环己烷的氧化生成相应的环己酮(醇)。有趣的是,我们发现焙烧前后的催化剂对该反应的催化活性表现出巨大差异。通过对催化剂进行表征分析,结果表明焙烧前催化剂是无定形结构,具有较高的比表面积,而且大多数Cu2+以均匀分散的四面体配位存在;焙烧后,四面体配位Cu2+转变为八面体配位,催化剂的活性显著降低。因此四面体配位Cu2+与Cr离子起到了协同催化作用。产物选择性方面,未焙烧的催化剂因存在较多四面体配位Cu2+,反应产物更倾向于生成环己醇;焙烧后催化剂表面晶格氧的出现使得反应更有利于生成环己酮。(2)通过溶胶凝胶法制备不同比例的双金属磷酸盐,分别为CrZr2P、CrZrP和Cr2ZrP,并采用氧气(O2),过氧化氢(H2O2)和叔丁基过氧化氢(TBHP)作为氧源,并将其用于不同烃类(环己烷,环己烯和乙苯)的氧化生成相应的酮(醇)。结果表明,铬离子进入介孔磷酸锆骨架导致催化剂比表面积的降低,但是CrZr2P和CrZrP催化剂依然保留介孔结构并且形成了复合金属磷酸盐,而Cr2ZrP介孔结构消失;磷酸盐结构的转变不仅改变了比表面积,还改变了催化剂表面的强酸(含中强酸)比例及总酸量。不同酸位点在介孔结构中分散更加均匀,反应物能够高效地接触到催化剂酸中心,使催化剂在烃类选择性氧化中显示出优异的活性。另外介孔骨架中存在着一定含量的六价铬离子,能够有效的提高C=O产物的选择性。(3)通过离子交换法制备的过渡金属(Co、Ti、Fe和Mn)交换的α/γ-ZrP催化剂,在常压下以分子氧为氧源,实现苯乙烯环氧化合成环氧苯乙烷。通过对催化剂进行筛选,Co-γ-ZrP(5%)表现出相对较好催化效果,优化反应条件可以取得91.8%的苯乙烯转化率,68.4%的环氧苯乙烷选择性。通过对Co-γ-ZrP表征发现反应后催化剂层状空间结构依然完整,说明催化剂热稳定性较好;有趣的是,回收后的Co-γ-ZrP(5%)催化剂中四面体配位钴离子含量明显增多,这是由于在DMF作用下钴离子转变成四面体配位钴离子,在反应过程中充当活性中心。