低碳烷烃选择氧化是近年来催化研究领域的热点课题。在VPO催化剂上丁烷直接氧化制马来酐反应已实现工业化，但反应机理研究和催化性能改进仍在持续进行。丙烷直接氧化制丙烯酸在实验室研究已取得了一些进展，但离工业化要求尚有较大的距离。用于丙烷一步氧化制丙烯酸的催化剂有钒磷氧催化剂(VPOs)、杂多化合物催化剂(HPCs)、复合金属氧化物催化剂(MMOs)。其中杂多化合物催化剂(HPCs)结构明确、制备简单，具有确定的酸性和氧化还原性，是一类多功能的催化剂。本论文的研究内容主要包括：(1)Keggin型杂多酸及其铯盐催化剂上丙烷选择氧化反应：(2)MCM—41、SBA-15及fumed SiO2负载的VPO催化剂上丁烷、丙烷氧化反应；及(3)MCM—41、SBA-15、fumed SiO2负载的金属Ru、Ni催化剂上的氨分解反应。通过多种表征手段对影响催化反应性能的制备因素、催化剂物理—化学性质进行了细致的研究，并且建立结构—性能之间的内在关联。获得的主要研究结果总结如下： 1．杂多酸及其铯盐催化剂上丙烷选择氧化反应 (1)IR和TG—DSC的研究表明Keggin型杂多酸的光谱特性和热稳定性与杂多阴离子的元素组成密切相关。研究结果显示，强的M—O(M=配原子)键，较小程度的结构扭曲，以及高的杂多阴离子对称性有利于提高杂多化合物的热稳定性。 (2)杂多阴离子的原子组成及平衡离子的种类和数量是影响该类催化剂上丙烷选择氧化性能的首要因素。以P为中心原子，以Mo、V为配原子的杂多酸铯盐催化剂具有较好的催化性能。12-PMo杂多酸催化剂一级结构上适宜数量的V原子取代有利于提高催化活性和对酸产物的选择性，而过量的V原子取代则导致含氧产物的深度氧化。纯杂多酸催化剂热稳定性较低，在催化反应条件下 Keggin 结构部分分解。二级结构上Cs+ 对质子的取代有利于提高催化剂的热稳定性。Cs+对质子的取代调变了催化剂的酸性和氧化还原性、改变了催化剂的晶相结构，并提高了样品的比表面积。最适宜Cs+取代数目随一级结构上V原子取代数目的增多而减少。催化反应过程中少量V物种从杂多酸及其铯盐的Keggin结构中以钒氧化物的形式偏析出来。 (3)将(VO)2+ 作为平衡离子引入杂多酸铯盐的二级结构可增加催化剂热稳定性，调变催化剂表面酸性、氧化还原性，且能显著地提高催化剂活性和对丙烯酸的选择性。从杂多化合物一级结构中偏析出的少量V氧化物物种与在杂多化合物二级结构上引入的(VO)2+物种具有类似的助促作用。Cs+、二级结构上的(VO)2+以及杂多阴离子之间的协同作用对催化性能具有重要影响。反应气中过量氧的存在可以提高丙烷转化率，但降低了对丙烯酸等有机含氧产物和丙烯的选择性。反应气中引入水蒸汽可提高对丙烯酸、醋酸等有机含氧产物的选择性并抑制产物的深度氧化。 2．SBA-15、MCM—41及fumed SiO2负载VPO催化剂上丁烷、丙烷的氧化反应 (1)研究结果表明制备介质是影响负载型VPO催化剂物相组成和反应性能的重要因素。以异丁醇/苯甲醇混合溶剂为制备介质时，VPO组份在SBA-15、MCM—41及fumed SiO2载体上高度分散且以结晶态(VO)2P2O7相存在。而以单-异丁醇溶剂为制备介质时，所载VPO组份主要以α-、γ-VOPO4相存在且分散度较低，对丁烷氧化活性及对MA选择性均较低。 (2)VPO组份在SBA-15载体上分散度最高，在非孔fumed SiO2载体上分散度最低。随VPO组份的负载，SBA-15及MCM—41的介孔结构基本保持，长程有序性有所下降。在丁烷/空气气氛中活化样品时VPO—载体相互作用较强，从而降低了负载VPO的可还原程度和晶格氧反应性。VPO—载体相互作用随VPO 分散度的提高而增强。VPO/fumed SiO2催化剂对丁烷氧化的活性最高。丙烷/空气气氛中活化样品时水蒸汽的存在显著提高了(VO)2P2O7相的结晶度，并降低了VPO—载体间的相互作用。因此影响硅基材料负载的VPO催化剂上丙烷氧化性能的主要因素为VPO组份的分散状态，也即VPO粒子的大小。总的来说，以SBA-15、MCM—41及fumed SiO2为载体的负载VPO催化剂对丁烷选择氧化为顺酐(MA)有非常好的催化活性和选择性，而对于丙烷氧化的活性则较低，但有较好的酸性产物选择性和丙烯选择性。 3．SBA-15、MCM-41 及fumed SiO2负载金属Ru、Ni催化剂上的氨分解反应 (1)鉴于MCM-41、SBA-15、fumed SiO2这三种材料的结构独特性，本论文也将它们作为金属Ru和Ni的载体，用于研究近来催化领域的另一热点课题：氨分解制氢。这三种硅基材料负载的Ru、Ni催化剂对氨分解反应有较好的催化反应性能，并具有良好的热稳定性。Ru催化剂比相应的Ni催化剂更为活泼。KOH对Ru催化剂的反应性能有较好的促进作用，而对Ni催化剂的促进作用并不明显。在三种研究的载体中MCM-41是金属Ru、Ni的最适宜载体。 (2)样品的制备方法中模板剂离子交换法较常规的浸渍法更有利于Ni组份在MCM-41上的分散。不同制备方法负载的Ni催化剂上氨分解反应的TOF值表明Ni催化剂上的氨分解反应属于结构敏感反应。一些具有独特结构的Ni原子簇是氨分解反应的有效活性位。