丙烯是重要的石油化工中间体,其下游产品丰富。近年来,美国页岩气技术革命使得丙烷供给量大增,因此以廉价丙烷为原料的丙烷脱氢作为定向丙烯生产技术发展迅猛。工业上广泛应用的丙烷脱氢催化剂为Pt基和氧化铬基催化剂。Pt基催化剂造价高,而氧化铬基催化剂毒性大。因此,开发廉价无毒的替代催化剂意义重大。本论文基于催化活性中心配位结构的调控,设计并合成了一系列高效Pt基和氧化镓基丙烷脱氢催化剂。常规Pt3M合金在丙烷脱氢中受到比例关系限制。本论文采用原子稀释的策略,通过简单的等体积共浸渍法,在高的Cu/Pt原子比下,合成了Al2O3负载的Pt/Cu单原子合金,其中Pt主要以单原子形式分散在Cu纳米颗粒表面。所构筑的热力学稳定的Pt/Cu单原子合金打破了丙烷脱氢中比例关系的限制,在极大地促进丙烯脱附和抑制其深度脱氢的同时,活化C-H键的能力仅略有降低,在520°C的丙烷脱氢过程中表现出长达120 h的优异稳定性且丙烯选择性达90%。进一步地,为解决Pt Cu合金纳米颗粒高温下易烧结的问题,采用静电吸附结合水热的两步法将比例可调的Pt Cu合金纳米颗粒封装于纯硅分子筛S-1中。Cu对Pt的稀释作用,提高了Pt原子的几何孤立度,提升了丙烷脱氢中产物丙烯的选择性。S-1分子筛的微孔结构对纳米颗粒的空间限域,使得合适比例的Pt Cu合金在550°C的丙烷脱氢过程中表现出优异的稳定性。氧化镓基催化剂是一种潜在的替代催化剂,反应条件下活性位点本质和反应机理尚存争议。本论文发现H2共进料对Ga2O3/Al2O3催化剂的丙烷脱氢活性有促进作用,H2诱导了Ga2O3部分还原,形成富含O空位的Ga Ox表面,并伴随H2在Ga Ox表面均裂而形成动态镓氢化物,这种镓氢化物参与构成新的高效丙烷脱氢活性位点,不仅提高了活化C-H键的能力,而且抑制了产物丙烯的深度脱氢。和无H2共进料的丙烷脱氢相比,在H2/C3H8进料比为2.0时,产物丙烯的生成速率翻倍。进一步地,通过动力学实验探究了H2共进料下Ga Ox/Al2O3上丙烷脱氢的反应机理。反应过程可视为同时进行的两部分。一方面,在富含O空位的Ga Ox表面,H2均裂而形成镓氢化物,是一个快速平衡过程;另一方面,生成的镓氢化物作为新的活性位点更高效地催化丙烷脱氢反应。