甲苯选择性氧化和异丁烷/丁烯烷基化是两种重要的催化反应,前者可以用来生产苯甲醛或苯甲酸等有机中间体,而后者是制备清洁汽油添加剂的重要过程。目前,对于这两个反应,传统工业都是在液相中进行的。其中甲苯选择性液相氧化反应体系中常常需要加入氯化物、溴化物或酸性物质等来促进反应的进行,这些物质的加入会导致产品的纯度降低,无法应用到医药制造或食品生产等领域。对于异丁烷/丁烯液相烷基化反应,工业上主要以H2SO4或HF为催化剂,液体强酸的使用会造成设备腐蚀严重、污染物排放量大、催化剂回收利用困难等问题。而气固相催化反应则具有催化剂分离回收简单、无溶剂化效应、设备腐蚀性低、污染小、易实现自动化生产等优点。因此,如果能在气固相反应床上进行甲苯选择性氧化或异丁烷/丁烯烷基化反应将具有极大的优势。但由于甲苯气相氧化反应的温度较高,导致甲苯过度氧化严重、目标产物的选择性较低。而异丁烷/丁烯气相烷基化反应会在固体催化剂表面产生大量的积碳导致其快速失活。因此研究制备高活性、高选择性且长寿命的固体催化剂,是在气相反应体系中实现这两种反应的关键。基于以上研究背景,本论文从反应的具体要求出发,设计合成出了两种具有外围结构的固体催化剂。其中制备的分子筛包覆结构催化剂在甲苯选择性气相氧化反应中展现出优异的催化性能;而设计合成的有机物表面修饰结构催化剂在异丁烷/丁烯气相烷基化反应中展现出较长的催化寿命。具体研究内容可概括为以下两部分:1、首先通过原位合成法制备了包覆氧化铜团簇的二维片状SAPO-34分子筛,然后采用固相研磨焙烧的方法,将氧化钼引入到该分子筛的孔笼中,并测试了该催化剂对甲苯气相氧化的催化性能。由于所制备的分子筛的孔径大小约为0.35 nm,而苯环大小约为0.65nm,所以甲苯分子整体不能穿过分子筛的窗口进入其孔笼内,但其甲基可以,这样一来,只有甲基碳可以和包覆在孔内的金属氧化物接触发生催化反应,避免了苯环上的碳参与反应,从而减少了甲苯的过度氧化,我们形象地把这种催化方式称为“窗口催化”。此外,所制备的二维片状分子筛的厚度只有7 nm,和普通的块状分子筛相比具有更大的外比表面积,更浅的孔道,更多的窗口暴露,从而在“窗口催化”中表现出更优异的催化性能。2、首先通过浸渍法制备了氧化硅负载磷钨酸催化剂（HPW/SiO2）,然后将十六烷基膦酸（HDPA）修饰到其表面,得到了具有疏水表面的负载型杂多酸催化剂（HDPA-HPW/SiO2）。通过傅里叶变换红外光谱、热重分析（TG）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸脱附、X射线衍射（XRD）等手段对催化剂的物理化学性质进行表征,并用HDPA修饰前后的样品来催化异丁烷/丁烯气相烷基化反应。结果表明,表面修饰的烷基链提高了催化剂对烃类化合物的吸附性能,且由于反应气氛中异丁烷的含量远高于丁烯,所以催化剂对异丁烷吸附量的提高远大于丁烯,从而抑制了烯烃自聚合副反应的发生,提高了目标产物的选择性,并将催化剂的寿命从4 h延长到了 50 h。