本论文工作围绕负载型Ga₂O₃催化剂在乙烷脱氢反应的研究工作中存在的三个主要问题展开,包括催化剂稳定性问题、反应机理和CO₂气氛作用以及能量平衡问题。为了得到活性和稳定性俱佳的催化剂,本文首先对Ga₂O₃催化剂的载体进行了筛选。β-Ga₂O₃和Ga₂O₃/TiO₂催化剂具有较高的乙烷脱氢初始活性,初始乙烯得率较高,但是它们的活性不易保持,稳定性远不及Ga₂O₃/HZSM-5、Ga₂O₃/Al₂O₃和Ga₂O₃/SiO₂。β-Ga₂O₃在5 h之内快速失活的原因是比表面积较小,积炭迅速覆盖表面Ga₂O₃的脱氢活性位。Ga₂O₃/HZSM-5催化剂的活性与稳定性均比较理想。通过调变载体的硅铝比可以进一步改善Ga₂O₃/HZSM-5催化剂的稳定性以及乙烯的选择性。根据NH₃-TPD和吡啶吸附红外光谱的表征结果,随着载体硅铝比的上升,催化剂的表面酸性不断减弱,从而抑制了一些成环、低聚等副反应的发生,使得乙烯选择性上升的同时,催化剂的稳定性也得到了增强。当载体硅铝比接近100时,催化剂具有很好的活性与稳定性。Ga₂O₃/HZSM-5（97）上,稳态乙烷转化率为15%,乙烯选择性为94%,并且在70 h之内没有明显的下降趋势。Ga₂O₃/HZSM-5催化剂上,乙烷脱氢反应主要遵循异裂-解离吸附机理,其中载体所提供的B酸位（主要是中-强酸位）对脱氢反应的活性具有促进作用。对Ga₂O₃/HZSM-5催化剂的载体进行碱处理,可以在催化剂上形成更多介孔,同时使表面中-强酸位的酸性减弱。碱处理后的催化剂在长时间反应下,抗积炭能力有所增强,不容易积炭而失活,这归功于含有介孔的Ga₂O₃/HZSM-5催化剂所具有的良好扩散性能。与乙烷纯粹脱氢反应相比,在反应气氛中添加CO₂和微量O₂对β-Ga₂O₃和Ga₂O₃/HZSM-5催化剂的活性和稳定性均有一定的改善作用。对于Ga₂O₃/HZSM-5来说,CO₂浓度较低时,通过逆水-煤气反应,对活性以促进作用为主;CO₂浓度较高时,则通过与C₂H₆的竞争吸附,对活性以抑制作用为主。结合XPS和热重分析结果,CO₂对Ga₂O₃/HZSM-5催化剂稳定性的增强作用可以归结于补充晶格氧和防止积炭两方面。Al₂O₃也是一种较为优秀的载体。本文采用了多段聚合物模板自组装的方法合成介孔msu-γ-Al₂O₃载体,并通过浸渍法合成Ga₂O₃/msu-γ-Al₂O₃催化剂。同时也采用共沉淀方法合成的Ga-Al-msu-γ复合催化剂。在乙烷脱氢反应中,所有的Ga₂O₃/Al₂O₃催化剂都具有较好的稳定性。与非介孔γ-Al₂O₃负载的Ga₂O₃催化剂相比,介孔Ga₂O₃/msu-γ-Al₂O₃和Ga-Al-msu-γ催化剂具有较高的稳态乙烯得率,这与催化剂的介孔结构以及表面酸强度密切相关。