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惰性烷烃C-H键的直接官能化是简化制备新化合物的重要策略,不仅可以获得高价值化工产品,而且提高了石油中碳氢化合物的利用效率。环己酮肟是石油化工中用于制造尼龙-66的重要化学中间体,目前传统工艺大多由环己烷和氨气多步法制备,反应过程涉及氧化环己烷制中间体环己酮的技术瓶颈。因此提高现有化学反应原料及资源的有效利用率和寻求新的反应工艺,是现今发展绿色化学的重要目标。在众多的新工艺开发中,选用环己烷和氨气直接合成环己酮肟具有经济、绿色、可持续等特点,但高性能催化剂的设计是整个路线的关键技术。同时采用硝基环己烷加氢还原合成环己酮肟也是一种提高资源利用的有效途径,但由于环己烷C-H键的硝化取代困难。现行硝化工艺中存在硝化剂污染环境及高温下C-C键裂解等问题。本论文通过设计新型的多功能复合催化剂和选择合适的清洁硝化剂,探索了从环己烷出发一步法分别制备环己酮肟及其中间体硝基环己烷的新工艺,实现了合成环己酮肟的高效化和绿色化。主要研究内容包括:（1）设计和制备过渡金属改性的空心钛硅分子筛（M/HTS）,探索了以M/HTS为催化剂,H2O2为绿色氧源,乙酸铵或氨为氮源,在乙腈和乙酸的混合溶剂中环己烷直接合成环己酮肟的新工艺研究。通过优化反应条件,Ni/HTS催化剂给出环己烷的转化率达到13.6%,环己酮肟的选择性高达51%。基于催化实验结果、催化剂表征、密度泛函理论计算及原位红外跟踪反应过程,提出环己烷和乙酸铵一步氧化-肟化合成环己酮肟的反应机理,标定了Ni/HTS中的四面体TiO4是催化反应双功能活性中心,Ni金属点能有效调控TiO4催化环己烷C-H键选择氧化生成环己酮,同时活化乙酸铵原位产生氨生成羟胺进行肟化反应生成环己酮肟,这一结果通过串联催化反应得到证实。（2）研究一种操作简单且绿色有效的烷烃C-H键硝化方法,在C-C键不发生裂解的情况下,制备硝基烷烃。通过探索不同金属硝酸盐为硝化剂应用于选择硝化环己烷作为探针反应,发现Fe（NO3）3·9H2O、Cr（NO3）3·9H2O和Bi（NO3）3·5H2O是这种硝化反应体系最有效的硝化剂。通过优化实验条件,在145 oC,以Fe（NO3）3·9H2O和三氟甲苯分别作为硝化剂和溶剂,实现环己烷53.7%的转化率,目标产物硝基环己烷的选择性高达92.1%。该类金属盐催化剂具有广泛的底物适应性,底物中同时含有环烷基和芳基优先硝化环烷基。金属氧化物催化实验和量子化学理论模型计算表明,原位分解的氧化铁是催化烷烃C-H键和NO2活化的关键物质,为此无毒且廉价的Fe（NO3）3·9H2O既作为催化剂前驱体,又充当硝化剂。同位素动力学及自由基验证实验和紫外光谱跟踪硝化反应结果表明该反应为自由基反应机理,且脱氢过程为反应决速步骤。