目前低碳烷烃的转化及高效利用问题已经受到国内外研究者的广泛关注。深入探索低碳烷烃高效催化转化新途径探究烯烃及其他高附加值化学品制备的新工艺新方法,对于促进我国油气资源综合利用,实现经济社会可持续发展具有重要意义。正丁烷是低碳烷烃中的一种重要组分。正丁烷经过催化脱氢后能够转变为乙烯、丙烯及C4烯烃（包括1-丁烯、异丁烯、顺/反-2-丁烯和1,3-丁二烯）,这些C2～C4烯烃是生产合成树脂及合成橡胶等合成材料所必需的核心原料或关键中间体（单体）。因此,以正丁烷脱氢制备烯烃的反应为探针或模型,探索以可替代贵金属的廉价物种作为活性中心,设计研制新型催化剂（或催化体系）,探究催化剂表面饱和C-H键的活化过程,揭示烷烃脱氢的微观机制,有助于促进低碳烷烃的高效转化和充分利用,具有重要的理论意义和应用价值。本论文紧密围绕正丁烷脱氢制取烯烃反应,选择纳米GaN作为主要的活性组分,钛硅介孔材料为载体,钒氧化物为助剂,制备新型负载型催化剂,在此基础上对正丁烷氧化脱氢制备烯烃的反应展开系统研究。采用氮气低温吸附、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、红外光谱（FT-IR）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、氧气程序升温脱附（O₂-TPD）等手段表征催化剂的结构和性质,结合催化氧化脱氢反应结果揭示催化剂的构效关系,揭示GaN活化C-H及催化剂表面O物种的作用机制,从而明确催化剂结构性质与催化性能的关系,获得具有高活性、高选择性的GaN催化剂。主要研究内容及结果如下:（1）钛硅材料负载氮化镓催化正丁烷氧化脱氢。以钛硅介孔材料为载体,以钒氧化物为助剂,采用物理研磨法制备了一系列GaN催化剂,并将其应用于正丁烷氧化脱氢反应,探究GaN活化C-H及催化剂表面O物种的作用机制,揭示催化剂结构性质与催化性能之间的关系,获得具有高活性、高选择性的负载型GaN催化剂。结果表明,在相对较低温度（460 ℃）下,钛硅介孔材料负载GaN催化剂表现出较好的正丁烷氧化脱氢反应性能。另一方面,通过改变催化剂表面负载的GaN晶体粒径的大小,可以发现,催化剂的活性与选择性随催化剂表面GaN颗粒的粒径减小而逐渐增大。研究结果表明,GaN可作为一种有效的催化活性成分用于正丁烷氧化脱氢反应。（2）氮化镓与钛硅载体之间相互作用。以低温下负载型氮化镓催化剂催化正丁烷氧化脱氢为模型,通过关联催化剂相关表征及催化反应结果探究氮化镓与钛硅载体之间相互作用。结果表明,GaN与载体中的TiO₂间存在一定的相互作用,该用由Ga元素与Ti元素的电负性差异导致。该作用会导致TiO₂的物理氧吸附能力提升,同时增加催化剂表面活化氧（O₂-（ad）,O₂2-（ad）,O-（ad））的含量,表面活化氧可以有效的活化正丁烷中的C-H,从而有效提升催化剂的反应活性。另一方面,催化剂表面的GaN颗粒的粒径大小对催化剂活化氧物种的能力有显著的影响。含有较小GaN颗粒的催化剂可以有效的活化表面氧物种与烷烃中的C-H键。（3）镓基催化剂催化正丁烷高温氧化脱氢。采用不同制备方法制备了一系列镓基催化剂,并将其应用于高温条件下正丁烷的氧化脱氢反应,考察高温下负载型GaN与Ga₂O₃催化剂催化正丁烷氧化脱氢性能的差异,探究镓基催化剂催化裂化正丁烷生成烯烃的相关作用机制。结果表明,将镓基催化剂应用于高温下的氧化脱氢反应时,具有较高的催化剂活性与烯烃选择性,然而由于催化剂具有较强的催化裂化能力,导致产物中C4烯烃的选择性降低,C2～3烯烃选择性明显上升。同时,通过对催化剂中Ga₂O₃与GaN催化剂催化活性的比较可知,GaN物种的催化活性和烯烃选择性明显高于Ga₂O₃物种的催化剂。另一方面,通过对镓基催化剂稳定性的测试,可以得出结论:与钒基及Ga₂O₃催化剂相比,GaN催化剂具有更佳的催化剂稳定性,在经过50 h的反应后,GaN催化剂未出现明显失活,其表面也未出现明显的积碳现象。