丙烷氧化脱氢制丙烯(ODHP)是缩小丙烯需求空缺的有效手段。由于产物丙烯相较于原料丙烷更为活泼,很容易被进一步氧化,因此设计制备同时具有高选择性和高催化活性的催化剂一直是研究人员追求的目标。层状结构材料因其较规整的表面结构,较多暴露的表面原子以及易对催化剂表面改性等特点,而作为优良的催化剂或者催化剂载体研究平台,受到了人们的普遍关注。因此,本文以不同的层状结构作为平台,设计制备并研究了一系列含有CoOx的层状催化剂,重点研究组分间的相互作用,以及这种作用对催化剂的性能以及催化反应的活性的影响。主要研究结果总结如下:1.通过水热法制备了不同阴离子柱撑的CoAl类水滑石(LDH),并以类水滑石作为催化剂前驱体焙烧制取不同组成的层状双氧化物(LDO)催化剂;考察LDO催化剂的ODHP催化性能,并结合对不同阴离子柱撑的Co-Al LDO催化剂进行的表征,研究了阴离子与LDO间的主客体相互作用。实验结果表明,Co-Al LDO中Co3+与催化剂的低温催化活性相关联,阴离子与LDO间的主客体相互作用使LDO中的CoOx物种粒径减小,进而改变LDO的催化性能。硫酸根与磷酸根的柱撑改变了 LDO催化剂氧化还原性与表面氧物种的分布。其中,硫酸根使催化剂表面的Co3+的还原变难,且消除了表面的吸附氧物种,而磷酸根则主要增加了表面的缺陷位并增加了表面吸附氧。硫酸根柱撑催化剂的催化机理与表面晶格氧的流动性有关,而磷酸根柱撑催化剂则与表面吸附氧有关。2.以纳米氧化镁、氧化铝、氧化钛及氧化锆作为载体,使用PVP辅助的浸渍法制备不同载体负载四氧化三钴催化剂,借助XRD,BET,H2-TPR,SEM,XPS等表征手段,较为系统地研究了不同载体和不同改性剂对载体-钴物种间相互作用的影响。实验结果表明:钴与载体间相互作用的不同导致了钴的存在形式的不同,钴在Al2O3、TiO2及MgO上形成了更多的Co2+物种,而在ZrO2上钴主要以Co3O4的形式存在;钴与ZrO2之间的相互作用适中,可以获得较高的丙烯收率;磷酸根的改性增强了载体-钴物种间的相互作用,其中磷酸根的改性使ZrO2表面形成一层ZrP2O7使催化剂的丙烯选择性大幅度提高,但过量的磷酸根会使ZrP2O7晶粒增大,适中的磷酸根的量(3mol%-5mol%)可获得最佳的ODHP催化性能。3.以层状磷酸锆为载体,采用PVP辅助浸渍法、静电吸附法制备磷酸锆负载的四氧化三钴催化剂。通过XRD,BET,H2-TPR,O2-TPD,XPS等表征手段,较为系统地研究了催化剂的构-效关系,重点研究了载体与钴间相互作用的影响因素。实验结果表明:相较于无定形磷酸锆,采用层状磷酸锆作为载体,可制备活性组分分散度较高的催化剂,且钴在催化剂上主要以磷酸盐的形式存在时,在ODHP反应中可获得较高的丙烯选择性;将四氧化三钴纳米粒子直接负载到层状磷酸锆上时,可以减弱载体-钴间相互作用,提高其低温催化性能;而经层状剥离后的磷酸锆与四氧化三钴纳米粒子间相互作用相对较强,则会使催化剂兼具较好的低温催化性能与良好的丙烯选择性。