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丙烷氧化脱氢是(ODHP)低碳烷烃优化利用的重要途径之一,随着全世界对丙烯的需求日益增长该过程越来越受到人们的重视。但是由于生成的丙烯比丙烷更加活泼,在分子氧的存在下,前者容易深度氧化,因而降低该反应的温度对抑制丙烷的裂解和产物丙烯的深度氧化具有重要意义。针对这一问题,本论文选取具有良好低温活性的钒酸铈和氧化镍基催化剂为研究对象,考察了催化剂形貌、结构、表面性质以及表面活性氧物种等因素对催化剂低温性能的影响,并基于各类催化剂的XRD、SEM、Raman、H2-TPR和O2-TPD等表征结果,探讨了催化剂的构效关系。本论文分两部分: 第一部分(第三章)采用水热法制备了三种不同形貌的稀土钒酸铈催化剂。针对ODHP反应,研究了催化剂的形貌效应。实验结果表明:与采用共沉淀法合成的催化剂相比,采用水热法合成的纳米棒、纳米球和纳米立方体的催化活性较差,其原因可能是由于水热法合成的催化剂晶形完整,比表面积较小。在相同的反应条件下,纳米棒的丙烷转化率和丙烯选择性高于其他两种形貌的催化剂,XRD和Raman测试结果表明,催化剂表面结构的差异是造成其ODHP性能差异的重要原因。与其他晶面相比,纳米棒暴露的(100)面上Ce原子的浓度相对较低,因而具有较高的丙烷转化率和丙烯选择性。 第二部分(第四章)采用浸渍法、以硝酸镍为前驱,通过改变焙烧气氛制备了SBA-15负载的纳米NiO催化剂。分别考察了静止和流动He、以及1％(V/V)NO/He等焙烧气氛对20wt％NO/SBA-15催化剂ODHP性能的影响。实验结果表明,与在静止、流动He中焙烧的催化剂相比,在1％(V/V)NO/He气氛中焙烧的20wt％NiO/SBA-15具有优异的低温丙烷氧化脱氢制丙烯性能,在350℃时,丙烷的转化率为29.1％,丙烯的收率达13.3％。反应温度升至450℃时,丙烯的选择性仍保持在44.8％.X-射线粉末衍射和透射电镜测试结果表明,1％(V/V)NO/He气氛可有效抑制焙烧过程中NiO纳米颗粒的团聚,使NiO物种高分散于SBA-15的孔道中。H2-程序升温还原和O2-程序升温测试结果表明,随着NiO在SBA-15上分散度的提高,催化剂的抗还原性增强,ODHP活性氧物种O-的含量增加,进而使1％NO/He气氛中焙烧的20wt％NiO/SBA-15催化剂在较宽的温度范围内(350-450℃)均具有良好的丙烯选择性,并显著提高了催化剂的低温活性。