乙烯是一种重要的基础化工原料,目前主要通过石脑油热裂解工艺过程进行生产。近年来,由于页岩气的大量开采,使乙烷成为了可替代石脑油生产乙烯的丰富原料。乙烷热裂解过程通常在较高的温度下（＞750°C）运行,积碳严重且能耗较大,因此乙烷催化脱氢制乙烯得到了广泛关注。强氧化剂氧气用于乙烷脱氢反应可以降低反应温度并抑制催化剂失活,但其使用会造成乙烷的过度氧化从而降低乙烯选择性。相对温和的氧化剂二氧化碳用于乙烷脱氢反应时,可以保持较高的乙烯选择性,同时乙烷-二氧化碳氧化脱氢工艺兼具转化利用温室气体二氧化碳以及有效利用天然气资源的特点。然而,二氧化碳作为氧化剂时催化剂失活较为严重,因此开发高效、稳定的用于乙烷-二氧化碳脱氢反应的催化剂体系对重要化工原料乙烯的生产以及环境保护均具有重要意义。本论文采用广泛应用于烷烃脱氢反应的氧化钼催化剂,系统考察了不同氧化剂（氧气、二氧化碳与水）对乙烷脱氢反应活性的影响;同时通过动力学实验、同位素实验、DFT计算以及一系列表征手段相结合的方法,研究了不同氧化剂条件下催化剂结构特征与催化活性之间的构-效关系,并从反应机理层面对不同氧化剂造成乙烯选择性与催化剂稳定性差异的原因进行了探究。基于上述研究,针对乙烷-二氧化碳脱氢反应中催化剂失活严重的问题,采用加入第二组分钴的方法对氧化钼催化剂进行改性,并阐明了钴钼双金属协同作用规律。氧气作为氧化剂用于乙烷脱氢反应时,可以保留较多高价态的Mo6+物种,具有高乙烯生成速率、且催化剂无失活,但乙烯选择性较低（～65%）,副产物主要为乙烷深度氧化产物二氧化碳。二氧化碳作为氧化剂时,可以保持较高的乙烯选择性（～85%）,但是催化剂易被还原、并碳化为碳氧化钼（Mo CxOy）或碳化钼（Mo2C）物种,导致催化剂失活;水作为氧化剂时,可保持～80%的乙烯选择性,并展现出了所有氧化剂中最低的积碳量,但催化剂失活仍较为严重。为了探明不同氧化剂下乙烯选择性的差异来源与催化剂失活原因,通过对反应机理的研究确定了乙烯生成与氧化剂活化的反应路径,并推导出本征反应动力学表达式。在不同乙烷-氧化剂反应系统中,乙烯均通过乙烷脱氢产生,与加入何种氧化剂无关,其中乙烷的C-H键断裂步骤为乙烷脱氢反应的速率控制步骤。不同乙烷-氧化剂反应系统中乙烷脱氢活性的差异则反映了不同氧化剂保持催化剂表面活性晶格氧数量的差异。当水作为氧化剂时,可将催化剂表面的活性晶格氧转化为无活性的羟基物种而使活性中心数量减少,因此降低了乙烷脱氢速率与积碳速率。当氧气作为氧化剂时,其快速且不可逆的解离可以有效地产生氧物种,这些氧物种不仅可以填补氧缺陷而对晶格氧进行再生,而且可以与积碳物种发生反应而使催化剂具有高稳定性;然而,这些氧物种同时也可以使产物乙烯过度氧化生成一氧化碳或二氧化碳,导致乙烯选择性较低。当二氧化碳作为氧化剂时,其活化解离受到了严格的动力学控制,从而不能有效地产生氧物种以去除积碳,导致催化剂失活严重。采用加入第二金属组分钴的方法对氧化钼催化剂进行改性,并发现经过还原预处理后的钴钼催化剂在乙烷-二氧化碳脱氢反应中展现出了极佳的稳定性。经过还原处理后形成的Co Mo O4-x物种为稳定催化乙烷-二氧化碳脱氢生成乙烯反应的活性相,而形成的金属态的钴（Co~0）为催化乙烷-二氧化碳重整反应的活性相。对于Co Mo O4-x活性相,其Mo Ox部分用于催化乙烷脱氢反应生成乙烯,而Co2+部分则用于促进二氧化碳解离而产生活性氧物种,这些活性氧物种可以与积碳中间物种发生反应、抑制了积碳的形成,从而提高了催化剂的稳定性。