丙烯和丙烯酸是现代化工中极为重要的基础有机原料和中间体。工业上从石油裂解气中获得丙烯,再经过两段气相氧化丙烯生产丙烯酸。由于煤炭和石油等传统能源的日渐匮乏,价格逐渐上涨,因而利用天然气储备相对较为丰富的丙烷资源,将其转化为附加值较高的烯烃或含氧有机物具有极其重要的意义。由于烷烃在温和条件下非常稳定,反应活性低,且产物或反应中间体一般带有活泼的官能团,和烷烃相比更易参与反应。因此开发可在相对温和条件下工作的低碳烷烃功能化反应的催化剂是一个重要的研究方向。在丙烷选择氧化脱氢制丙烯的催化剂体系中,所研究的大多是复合金属氧化物。其中钒基催化剂是目前研究较多,同时选择氧化脱氢效果相对较好的一类催化剂,但丙烯得率均较低。这主要是反应过程中产生了大量的深度氧化产物COx,其中CO2占比重较大,使得丙烷资源利用率低,经济效益严重下降。根据Costine等研究人员对大量催化反应中实验数据的总结,丙烷要得到较高转化率下的高丙烯选择性的可能性是很困难的。因此,有必要研究出一种适合低碳烷烃选择氧化的新反应。如果在催化氧化制备丙烯的同时得到在工业领域应用广泛的CO,而不是CO2。那么原料利用率大大增加,会产生可观的经济效益和更高的能源利用率。因此,我们有必要研制实现该反应的新型催化剂。MO-V-Te-Nb-Ox复合金属氧化物被认为是丙烷选择氧化制丙烯酸催化性能最好的一类催化剂。目前,对该类金属氧化物催化剂的制备方法、最佳化学组成、表面及本体特征等的研究仍在进行中,尤其是在结构组成和反应机理、元素比例调节和掺杂改性等方面。我们课题组通过对催化剂Mo/Te、V/Nb、Mo/V、Mo/Nb等比例进行调节,得到了两种催化性能相对较为优异的催化剂,分别是：催化剂A:Mo/V=8.33,Mo/Te=5.95,Te/Nb=0.98和催化剂B:Mo/V=11.92,Mo/Te=6.15,Te/Nb=0.98催化剂。我们知道,催化剂的氧化还原性和酸性质,尤其是有效活性氧物种、有效酸位点对丙烷转化率和选择氧化目标产物的选择性影响是非常重要的。因此一方面可以选取多价态金属元素和酸性元素分别对催化剂进行掺杂处理,希望能够改善催化剂的氧化还原性和表面酸性,进一步提高催化性能。另一方面可以在保持催化剂体系晶相结构不变的条件下,加入适当的材料,希望能够有效提高催化剂效率和降低催化剂成本。基于以上考虑,本论文主要进行了以下工作。论文第一章阐明了丙烷选择氧化制丙烯和丙烯酸的研究现状。其中包括反应过程中的反应机理和途径及所用到的催化剂体系等方面,并阐述了本论文的立题依据和研究内容。论文第二章主要介绍了实验过程中的催化剂制备、评价和表征方法。其中包括所用到的实验药品、催化剂制备方法、催化剂评价条件和数据处理以及表征手段和条件等。论文第三章主要包括两部分研究内容：初步寻找能够催化氧化丙烷制丙烯和CO的Fe-O-M(M=V、Cu和Zn)催化剂；探索Fe-O-V系列催化剂的催化性能及构效关系。在所研究的Fe-O-M催化剂体系中,只有V/Fe2O3催化剂能够有效抑制C02的产生,副产物以CO为主。对各催化剂进行表征后,发现只有V/Fe2O3催化剂中钒铁发生相互作用,有FeVO4新相生成,表面高价态铁含量减少,表面酸性质发生变化,这都可能与C02大幅度减少,CO大幅度增加有关。在进一步对Fe-O-V催化剂研究中,我们考察了不同V掺杂量和不同反应条件对丙烷选择氧化脱氢制备丙烯和CO反应性能的影响,并对其构效关系进行了探索和讨论。结果表明,V元素的掺杂促进了FeVO4相的形成,孤立的V04物种有利于丙烯和CO选择性的提高。因此,FeVO4相被认为是丙烷选择氧化制备丙烯和CO的活性相。同时二者作用导致该系列催化剂表面强酸位强度减弱,酸量增加,促进了丙烯和CO选择性的提高,抑制了CO2的生成。论文第四章从催化剂氧化还原性质和表面酸性角度考虑,选取之前研究所得到的最优催化剂(B)分别进行Fe和P元素掺杂,并对其进行了催化剂活性评价和表征等实验,探索其性能构效关系。两种掺杂催化剂体系中,最优催化剂丙烯酸得率分别是62.50%和60.74%。少量Fe和P两种元素的掺杂均没有改变Mo-V-Te-Nb-Ox催化剂的相结构,但在一定程度上调节了催化剂表面不同价态的金属元素含量。说明Mo6+和V5+物种与反应物丙烷转化率有关,而适量Te4+物种对丙烯酸选择性是有利的,但过量则有可能促进反应中间体发生深度氧化。同时,催化剂表面强酸中心的氨气脱附量,高温区域氧气脱附和耗氧量等变化都与催化反应中丙烷转化率、丙烯酸和副产物乙酸和COx选择性存在较紧密关系。对在Mo-V-Te-Nb-Ox催化剂制备过程中加入SiO2的探索表明,催化剂反应性能与SiO2的加入量和粒径大小有关,掺杂量越少,掺杂粒径越小,越有利于产物丙烯酸的产生,可以得到与未加入SiO2时一样的丙烯酸得率。通过对催化剂进行初步表征,可以得出：加入SiO2后,使得催化剂平均粒径减小,比表面积增大,但并没有改变其晶相结构,催化剂表面裸露SiO2是使催化性能下降的主要原因。因此认为,在Mo-V-Te-Nb-Ox催化剂制备过程中加入,SiO2的思路是正确的.但在具体的制备过程中尚需进一步改进技术和方法。