随着能源从传统的石油向页岩气资源转变以及国际地缘政治的影响,发展低碳烷烃（C2-C4）催化转化制备烯烃技术越来越受到重视。相较于直接脱氢（DH）,氧化脱氢（ODH）具有很多优势包括无积碳、不受热力学平衡限制等。对于常见的金属氧化物基催化剂,依然很难避免烯烃的深度氧化。而对于非金属硼基催化剂,无论是早期报道的负载型B2O3基催化剂还是近期比较热门的h-BN催化剂,都可有效地抑制深度氧化的发生,获得很高的烯烃选择性。然而,低碳烷烃ODH中硼基催化剂的活性位点和反应机理等方面的研究还存在许多问题。同时氧化脱氢反应也是一个强放热反应,在固定床反应器中开发硼基催化剂需要对传质和传热有基本的了解。为了解决这些问题,本论文集中从如下三方面展开研究以期获得对活性中心、反应机理以及相关催化过程较为全方面的认识,为设计更加高效的低碳烷烃氧化脱氢催化剂和发展烷烃氧化脱氢反应过程提供有益信息。（1）硼基催化剂活性中心和反应机理的探究:本章节的结果表明负载型B2O3基催化剂与已报道的h-BN催化剂在低碳烷烃氧化脱氢方面具有相似的催化性能,暗示着该类硼基催化剂包括h-BN和B2O3材料都存在类似的活性位点。结合催化剂的表征和催化性能评价,提出了硼基催化剂上表面三配位BO3位点是低碳烷烃ODH的活性位点。通过18O2同位素交换、反应动力学实验以及原位红外表征等发现O2分子与暴露在硼基催化剂表面的两个相邻的BO3位点的缺电子B中心结合,形成B-O-O-B中心。该中心可作为亲核的、温和的氧化位点活化丙烷分子,同时避免攻击富电子的烯烃分子,从而抑制烯烃的进一步氧化生成COx。本工作提出了硼基催化剂上低碳烷烃ODH过程中的活性位点和反应机理新的见解,为设计更高效的硼基催化剂提供了的指导。（2）硼基催化剂上丙烷氧化脱氢（ODHP）产物分布的研究:硼基催化剂在ODHP反应中具有很高的烯烃选择性,除主产物丙烯外,产物中也有大量的乙烯产物并且C2产物的总体选择性比C1产物高得多。本章节以h-BN为例研究了在ODHP反应中硼基催化剂和钒基催化剂上不同的反应路径对产物选择性的影响。研究表明h-BN催化剂上ODHP反应中C-C键断裂生成的甲基自由基二次反应的主要途径有:深度氧化生成CO和CO2（COx）、氢化生成CH4、选择性氧化生成含氧化合物（CHxOy）以及氧化偶联生成C2产物。在这些反应途径中,甲基自由基氧化偶联生成C2产物是导致硼基催化剂上ODHP反应过程中C2/C1比值（>2）较高的原因。丙烷氧化脱氢产物中的乙烯不仅来自丙烷C-C键的断裂产物也有一部分来自甲基自由基的氧化偶联。本研究不仅有助于了深入理解硼基催化剂上的ODHP反应机理,而且对该类催化剂用于甲烷选择性氧化制备乙烯或CHxOy的研究也具有一定的指导意义。（3）强放热ODHP反应中催化剂床层内部温度分布的研究:h-BN是目前最有前景将ODHP反应实现产业化的催化剂,本章节从工业应用的角度出发开展了固定床反应器中高导热的h-BN催化剂床层内的传质和传热研究。催化反应动力学和计算流体动力学（CFD）的研究结果表明在管径为6mm的固定床反应器内在保持转化率一致的情况下（25%）,h-BN催化剂床层的热点升高不到1℃,而钒基催化剂床层热点增加超过8℃。即使将反应器管径进一步增加到常规工业反应器所使用的60 mm,高导热的h-BN催化剂床层内仍可保持均匀的温度分布,而相同条件下,VOx/γ-Al2O3催化剂床层热点高达47℃,这明显影响了VOx/γ-Al2O3催化剂的结构和催化性能,同时也会导致反应过程操作的失控。