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石墨烯(Graphene)是由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,通过σ键将C-C键之间连接在蜂窝晶体点阵上。自2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁 ·诺沃肖洛夫首次用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯发现至今,由于其优异的强度、韧度、导电导热性、光学特性等,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展,一跃成为近些年各个领域的研究热点。其中石墨烯基的复合材料是其应用领域中的重要研究方向,其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域也展现出了优良的性能,具有广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料。由于其理论比表面积极大,碳骨架的高度可功能化,再加之高效的电子传输能力,是催化剂载体的理想选择。而金属纳米颗粒与石墨烯也存在许多共性——它们都有较大的比表面积,良好的电子传递特性等。因此本课题研发及制备新型的金属氧化物/石墨烯复合材料催化剂,对基础研究和工业化应用均有较为重要的意义。本文通过改良的Hummers法,制得了氧化石墨烯并将其作为前驱体,制备出具有催化苯甲醇选择性氧化反应的Al/Fe氧化物石墨烯复合材料。首先,采用溶剂热法制备得到了 Al/FeOx RNGO复合催化剂。同时通过FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等表征手段确定催化剂的组成成分和内外部结构。原位生成的Al和Fe的氧化物纳米粒子均匀地分布在N杂化的氧化石墨烯表面,但是整体的排布还是杂乱的。通过在石墨烯上负载的手段,有效地阻止了纳米级颗粒的团聚现象。与此同时,纳米颗粒的排布也维持了石墨烯良好的片状二维结构。以苯甲醇的选择性氧化反应作为探针反应,用单因素平行实验研究的方法,对各个影响反应转化率和选择性的参数进行了研究并优化,确定最佳的反应条件,使苯甲醇选择性氧化生成苯甲醛的转化率和选择性分别提升至85.2%和98.4%。同时,也对催化剂热处理的时间和温度进行了研究,发现热处理时间和温度对催化剂的效用影响非常大,选择合适的热处理时间以及温度,将会极大程度地提升反应的转化率。根据实验现象和现有理论,我们探讨了 Al/FeOxRNGO催化苯甲醇选择性氧化的反应机理。此外,实验中还制备并研究了一系列不同纳米金属氧化物和其他固载型催化剂对该反应的催化效果,但发现将Al/Fe复合金属氧化物固载到石墨烯上的催化性能明显优于其他载体,例如分子筛,杂多酸等。最后,对催化剂循的循环使用性能进行了研究,使用10次后,其转化率和选择性无明显下降,活性组分仍较好地分布于石墨烯载体表面,活性组分的数量也无明显损失,证明制备的催化剂具有优异的化学稳定性。另外,实验创新性地制备了三组分Al/Fe/SnOx RNGO复合催化剂,用于研究金属锡对合成的纳米粒子复合材料颗粒大小的影响,并通过FTIR、XRD、TEM、SEM等表征手段进行分析,并发现参杂金属Sn能够很好地减小纳米粒子的颗粒大小,降低纳米粒子团聚的可能性,并可以进一步提升催化效率。相比于两组分的Al/FeOx RNGO,三组分的Al/Fe/SnOx RNGO对苯甲醇的选择性氧化具有更好的催化效果,在最优条件下转化率和选择性可达到90.2%和99.3%,并具有较好的稳定性,循环使用多次之后,选择性和转化率保持基本不变。