由异丁烯合成甲基丙烯酸甲酯（MMA）须经两步氧化和一步酯化过程,工艺路线长、管线易堵塞;将第二步氧化（甲基丙烯醛（MAL）氧化成甲基丙烯酸（MAA））和酯化（MAA与甲醇酯化为MMA）进行耦合,一步氧化酯化得到MMA是对C₄工艺合成MMA的改进。目前研究的一步氧化酯化工艺多采用贵金属Pd作为催化剂的活性组分,存在催化剂活性低、价格高以及反应时间长、设备投资大、甲醇回收费用高等问题。鉴于杂多化合物（HPCs）能兼作氧化和酯化催化剂,并能通过改变组成对其氧化活性和酸性进行调节,本研究通过改变HPCs制备方法及其组成,试将其用于一步氧化酯化制MMA的反应。通过将该耦合反应拆分为氧化、酯化两步和最终耦合一起的方法,对催化剂进行评价和筛选,优选出较好的一步氧化酯化制MMA催化剂,并对一步氧化酯化的反应机理进行了探讨。首先,合成了3种纯杂多酸和4种杂多酸盐,表征了其结构特征和酸性,考察了其催化氧化MAL制MAA的反应性能。结果表明,H₄PMo₁₁VO₄₀具有较高的分解温度和酸性,表现出较好的氧化催化性能,是合成较好的氧化催化剂的基础底物。考察了喹啉沉淀法和共沉淀法制备HPCs对其结构和催化氧化MAL活性的影响。在HPCs催化剂化学组成相同的情况下,与共沉淀法相比,经过喹啉沉淀法制备的催化剂比表面显著增加,具有较高的MAL转化率。反荷离子对HPCs的催化性能存在重要影响:Cs⁺的存在明显增大了HPCs的比表面,Cu²⁺促进了晶格氧与游离氧的置换,提高了HPCs催化剂的催化氧化活性;而Cu²⁺和Cs⁺的协同作用显著地提高了HPCs的结构稳定性。碱金属反荷离子HPCs,其比表面和结构稳定性随碱金属离子半径的增加,催化活性也随之逐渐增强。镧系金属离子HPCs,其结构稳定性和比表面较小,而酸量较高,其性质类似于纯杂多酸。总的来看,以H₄PMo₁₁VO₄₀为母体酸,Cs⁺为主要反荷离子,含有少量Cu²⁺和As³⁺,并采用喹啉沉淀法制备的HPCs具有较高的结构稳定性和较好的催化性能。在与氧化反应相似的条件下,考察了碱金属离子和镧系金属离子HPCs对MAL氧化、MAA酯化,以及MAL一步氧化酯化制MMA反应的催化性能。其中,以Cs⁺为主要反荷离子的HPCs表现出较优的催化性能。Cs含量对HPCs结构特征和一步氧化酯化催化性能也有很大的影响。随Cs含量的增加,HPCs的比表面而增加,而还原能力和酸性位逐渐下降,结构稳定性增强,MAL一步氧化酯化中MAL转化率先增加后降低,MMA和MAA的总选择性也呈现出同样的规律。总的来看,影响MAL催化活性的主要因素是比表面,酯化反应的主要影响因素是酸量;酸量大有利于提高一步氧化酯化反应中MMA的选择性。为了研究酸性对反应机理的影响,通过离子交换法（Ⅰ）和机械混合法（Ⅱ）在CsCuPMo₁₁VO₄₀中加入一定量的H₃PW₁₂O₄₀。两种制备方法所制得具有较强酸性的复合HPCs结构特征和催化性能没有明显的差别,复合催化剂具有较高的MMA选择性,但MAL转化率较CsCuPMo₁₁VO₄₀低,MMA和MAA的总选择性更低。此外,复合催化剂的寿命很短。说明单纯提高酸性并不能改善反应收率。出现这种现象的原因是:酸性增强,一方面有利于吸附更多的甲醇,利于酯化反应的进行;另一方面,MAL在催化剂上的吸附作用力过强,一段时间后,在催化剂表面可能结焦。MAL的吸附作用力比甲醇、MAA和MMA强;一步氧化酯化反应的实现,说明MAL与甲醇的吸附可能存在两种活性位。然而,MAL与甲醇的吸附顺序对反应存在影响,以此推断也存在一些活性位,对MAL和甲醇均有吸附作用,两者存在一定程度的竞争吸附。考察了CsCuPMo₁₁VO₄₀催化剂上MAL氧化和酯化反应条件对催化性能的影响,进而考察了MAL一步氧化酯化适宜的反应条件。O₂/MAL和水蒸气分压对MAL一步氧化酯化反应的影响的考察结果显示,随O₂的增加,MAL的转化率增加的同时,引起了深度氧化的增加;而MAL增加提高了MMA和MAA的总选择性。水蒸气的存在引起了MAA选择性的增加,同时抑制了CO和CO₂的生成。然而,过量的水蒸气造成了MMA选择性的下降。总的来看,CsCuPMo₁₁VO₄₀催化剂具有较好的稳定性。CsCuPMo₁₁VO₄₀催化剂的失活为结构性失活。失活后比表面和孔体积均减小。分解产物中可以确认的结构有V₂O₅和α-MoO₃等氧化物种。最后,选择了H_2.25Cs_0.7Cu_0.25As_0.1PMo₁₁VO₄₀(PMo₁₁VO₄₀)作为活性物质进行了固载化研究。结果表明,在SiO₂表面的临界负载量为40%左右。与SiO₂载体相比,（C₆H₆N₆O₆）₆载体上具有较好的催化性能:氧化反应的MAL转化率达到了83.5%,MAA选择性达到了92.7%;一步氧化酯化反应得到94.1%的MAL转化率,MMA选择性4.1%,MAA的选择性79.2%的较好结果。