低碳烷烃是页岩气的主要成分,资源丰富且廉价。但烷烃含键能高、极性低的C-C键和C-H键,并无活化基团,因此化学性质稳定,这是阻碍其向高附加值产品高效转化的主要因素。金属、非金属改性的ZSM-5分子筛是一种可实现电子转移和质子转移的双功能催化剂,可提高烷烃在合成化学中的利用率。本论文着重研究改性ZSM-5分子筛的制备及其在六碳环烃环己烷和三碳链烃丙烷这两类典型烷烃化学键活化反应中的催化作用,即分别对应环己烷C-H键的选择性氧化制备环己酮、环己醇（两者简称KA油）反应和丙烷C-H键、C-C键的活化脱氢环化制芳烃反应。采用水热法制备出片状堆积的微米椭球ZSM-5分子筛,并通过碱溶硅法、Mn离子交换法进一步制备出多级孔Mn/ZSM-5分子筛。利用其催化环己烷氧化制KA油,实验结果表明多级孔的存在有利于提高环己烷的转化率和KA油的选择性。其中Mn/ZSM-5A0.1T0.5孔体积最大,环己烷转化率达到87.7%、KA油选择性96.6%。为了减少Mn离子浸出,采用一步法制备Mn离子掺入骨架的Mn/ZSM-5分子筛,用于催化环己烷氧化制KA油。实验结果表明,Mn4+离子具有良好的催化活性。2%Mn/ZSM-5展现出最高的环己烷转化率为30.7%,KA油的选择性 97.4%;3%Mn/ZSM-5 环己烷转化率为 19.5%,KA 油选择性 97.3%。Mn/ZSM-5在多次循环催化反应后,没有检测到Mn离子的浸出,表现出高催化循环稳定性。通过碱溶硅造孔方式进一步优化孔体积,提升了催化性能:2%Mn/ZSM-5和3%Mn/ZSM-5催化环己烷转化率分别提高到35.8%和30.5%。为避免碱溶硅操作对ZSM-5分子筛造成结构坍塌等不利影响,采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为模板剂,一步水热合成中空多级孔结构的ZSM-5分子筛,并通过离子交换法制备了 Mn/ZSM-5。其在环己烷氧化制KA油反应中,表现出优异的活性:环己烷转化率高达98.7%,KA油选择性97.6%。这归因于中空多级孔的结构减小了传质阻力,提高了传质扩散速度;增加了孔体积,促进Mn活性位点的可接触性;缩短了反应物与产物的传输路径,产物在Mn/ZSM-5构成的微反应器中停留时间减少,降低了环己醇进一步脱氢氧化成环己酮的几率。采用初期润湿浸渍法制备了 P/Ga/HZSM-5,研究其催化丙烷芳构化反应。相比于未改性的HZSM-5对芳烃的选择性16.5%、副产物甲烷的选择性41.4%,Ga/HZSM-5大幅提升了芳烃选择性至31.1%,降低了甲烷的选择性至9.2%。当反应进料中加入CO2,P/Ga/HZSM-5的催化效果变化不同于其他催化剂,其催化丙烷芳构化的性能提升,表现为芳烃的选择性提高到42.3%。密度泛函理论计算阐明P/Ga/HZSM-5催化CO2辅助丙烷脱氢芳构化的催化机理:CO2与P/Ga/HZSM-5中的H3PO4相互作用使得C6H10或C6H8物种脱氢路径改变,生成H2O分子,避免了 H2分子的直接形成,降低苯形成的活化能（速控步骤）,实现丙烷制芳烃的高效转化。P的引入不仅改变了酸位点强度,减少了积碳形成,还使HZSM-5骨架有了耐水性。