人类社会的发展长期依赖于煤、石油、天然气三大能源,而对石油资源的消耗长期占第一位。近年来,随着国际形势的变化和石油资源的日益枯竭,开展以天然气为原料来取代部分传统以石油为原料的研究项目,可很好地缓解目前石油需求日益紧张的压力。我国天然气资源储量丰富,来源广泛,这也为对天然气深度利用的研究提供了良好基础。丙烷是天然气中最重要的组分之一,利用丙烷制取石化行业重要原料丙烯,既可减少对石油产业的依赖,也可满足目前社会对丙烯需求不断增长的趋势,具有工业应用和理论研究双重价值。虽然目前工业上已有部分丙烷无氧脱氢制丙烯工艺装置,但需要在较高的温度下进行,能耗高,且催化剂容易结焦失活。为了降低反应温度,延长催化剂寿命,在氧气气氛下的丙烷氧化脱氢反应成为人们一直努力的方向。可惜的是目前报道的丙烷氧化脱氢收率水平有限,仍然没有能够满足工业化要求的催化剂问世；对丙烷在不同催化剂体系上的活化反应过程、活性位点的确认等还不明确。本文选择了已经被证明可以有效活化丙烷的铬元素为主要活性物种,针对目前铬系催化剂在丙烷选择氧化中仍然亟需解决的问题,开展了以普通粉末、高比表面介孔材料、碳纳米管作为载体,铬物种为活性组分的催化剂在丙烷氧化脱氢反应中的研究。通过对不同样品体相／表面特性、铬氧化物晶体结构、铬物种聚合形式以及分布、价态等的表征与分析,从宏观和微观领域对铬活性位-催化性能进行了细致的研究,具体章节内容如下：第一章归纳分析了丙烷氧化制丙烯行业的研究现状和应用前景。详细总结了铬活性物种在催化反应中的特性,并阐述了该课题当今存在的问题和局限性。第二章介绍了本论文中所采用的实验方法和催化剂表征手段。在第三章中,利用表面活性剂自组装的方法,一步合成了介孔TiO2-Cr催化剂,得到了近20%的丙烯得率,高于普通Ti-Cr催化剂水平。细致分析了一步法合成的样品中,铬与钛的相互作用,以及表面铬物种的氧化还原性、酸碱性与催化活性的关系。第四章以碱性MgO为载体,重点分析了铬晶相种类与催化活性的关系。通过分步还原的方法,分别研究了不同铬晶相的氧化还原、酸碱性。通过原位红外手段证明了丙烷在不同铬晶相表面进行反应的不同路径和产物；通过及原位拉曼等表面技术证明了Cr(Ⅵ)物种在催化反应过程中的重构,初步阐明了有利于丙烯生成的铬物种特殊结构因素(配位环境等)。第五章介绍了多壁碳纳米管负载少量铬的催化剂,在400℃的温度得到了高于80%的丙烯选择性,近20%的丙烷转化率。经过对负载前后样品的表面、体相分析,揭示了铬氧化物与碳管表面含氧基团对催化反应过程的协同作用。第六章简单介绍了高比表面介孔氧化硅泡沫(MCF)负载的铬催化剂,发现K的掺入大大提高了丙烯选择性。通过初步表征,这种优化作用可能是由于K使得催化剂中分散的Cr(Ⅵ)物种大大增加。本章也对博士研究期间尝试过的近十种不同载体负载的铬系催化剂进行了比较发现：载体的种类、比表面积、孔道结构、表面基团对铬物种的分布及催化活性有巨大影响。最后,从文章整体出发,对所得的结论以及博士期间的新发现进行了总结,提出仍需努力的方向。