催化剂作为化工催化的核心,能够有效的改变化学反应途径,降低反应条件,高选择性的获得目标产品。负载型金属催化剂具有高催化活性与选择性等特点,因此广泛应用于化工生产中。负载型催化剂的催化活性与金属颗粒粒径密切相关,且活性中心原子利用率较低。为了提高催化活性与金属原子利用率,科研工作者不断降低活性中心金属粒径,直至发展到单原子催化剂,即金属活性中心原子以单原子的形式分散在载体上。碳材料分散单原子金属催化剂主要是在碳载体中引入N原子,通过N与金属原子间强的配位作用将金属原子固定在载体上。碳基过渡金属（Fe、Co和Ni等）单原子催化剂由于其独特的结构在析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、氧化还原反应（ORR）、二氧化碳还原（CO₂RR）以及催化有机反应中表现出了优异的催化活性与选择性。因此,本文以氧化镁为模板,通过高温热解制备金属Ni、Cu单原子催化剂（M-N-C）,并应用于催化有机反应中。具体研究内容如下:1.将金属Ni源（NiCl₂）与有机配体1,10-菲啰啉（碳源、氮源）负载在多孔氧化镁模板后,经过高温热解、酸洗制备得到高镍含量（4.4 wt%）的单原子Ni催化剂。通过X射线衍射光谱表征（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和球差电镜（HAADF-STEM）等表征手段证明了金属Ni是以单原子的形式分散在碳骨架中。同步辐射（XAFS）分析证明金属Ni单原子是通过Ni-N配位形式分散在载体上,同时通过拟合数据分析得到制备的单原子Ni催化剂中金属Ni原子的配位环境。将制备的单原子Ni催化剂应用于硝基苯加氢还原体系中,其中在700度下制备的Ni-N-C-700单原子催化剂表现出了较高的催化活性与选择性。通过对照试验、同步辐射分析以及DFT计算结果证明通过其优异的活性主要来自于Ni-N₃结构。Ni-N-C-700催化剂经过多次循环后仍然表现出了优异的催化活性。同步辐射数据分析表明随着温度的升高Ni-N配位数降低即Ni-N更容易断裂,配位环境的改变将对单原子Ni催化剂的催化活性产生很大影响。以上分析表明通过改变热解温度可以改变单原子的配位环境,进而影响单原子催化剂的催化活性。2.将金属铜源（CuCl₂）与有机配体1,10-菲啰啉（碳源、氮源）负载在多孔氧化镁模板后,高温热解、酸洗制备单原子铜催化剂。通过XRD、SEM和TEM等表征证明铜是以单原子的形式分散在碳骨架上。Cu-N-C-800催化剂以空气为氧化剂在催化苄醇氧化为醛反应中表现出了优异的活性与选择性。同时经过多次循环反应后,Cu-N-C-800催化剂仍表现出了优异的活性。以上的实验结果为有效调节碳基过渡金属催化剂活性中心提供了一条新思路。同时拓展了碳基单原子催化剂应用领域,同时证明了单原子催化剂的高催化活性与选择性。