丙烯是现代化工的重要原料,随着其下游产品（聚丙烯,环氧丙烷,丙烯腈等）的蓬勃发展,丙烯的需求也日益上升。丙烯工业上主要通过催化裂化（FCC）和石脑油、轻质柴油等裂解得到。近年来,页岩气的开采大幅拉低了丙烷的价格,使得丙烷脱氢（PDH）这条丙烯的生产路线受到了越来越多地关注。工业上一般采用铂系或铬系催化剂催化丙烷脱氢反应。然而,Pt的贵金属本质使得Pt系催化剂成本偏高,而氧化铬催化剂由于剧毒而对环境影响大,这些缺陷阻碍了丙烷脱氢工业化的进程。因此寻找低价格低毒性环境友好型催化剂成为了当务之急。负载型的氧化钒催化剂被广泛应用于烷烃的氧化脱氢反应中,而其在无氧脱氢体系中也被证明具有相当好的催化活性与丙烯选择性。本论文基于负载型氧化钒催化剂,研究了反应条件下其表面结构以及丙烷脱氢的反应机理,同时也提出了切实可行的负载型氧化钒催化剂的改性方法。本文首先提出了一种切实可行的改性方法来提升VO_x/Al₂O₃催化剂的稳定性。虽然氧化钒催化剂拥有不错的丙烷脱氢活性与选择性,但是严重的积碳带来的快速失活问题限制了其工业化应用。本项研究发现通过使用了少量的Mg作为助催化剂,能够很好地改善催化剂的稳定性。结合拉曼光谱,紫外可见光谱,透射电子显微镜面扫等多种表征技术,我们发现Mg的添加促进了载体表面五氧化二钒晶体分散成为二维结构,降低了其积碳活性,从而提高了催化剂的稳定性。另外,我们还应用了原位漫反射红外技术对催化剂表面的积碳过程进行了研究,发现波数在1555-1620 cm^-1之间的红外峰归属于催化剂表面的积碳,并且该峰随着积碳的聚合度与脱氢程度增大向低波数方向偏移。此外,本文还研究了无氧脱氢条件下VO_x/Al₂O₃催化剂的表面构效关系,发现了催化剂表面的羟基对于丙烷脱氢的性能的重要影响。前人的大量工作集中在负载型氧化钒表面的结构上,也提出了不同表面V密度时的结构模型。但是在真实反应条件下,在还原性气氛下,催化剂表面的构效关系鲜有报道。结合原位漫反射红外技术,本研究发现在不同H₂预还原条件下,VO_x/Al₂O₃催化剂表面会有不同量的羟基产生。而催化剂表面羟基的量对催化性能产生了显著的影响。羟基的存在使得催化剂表面钒物种大部分呈现+4价,相比于+3价的钒物种稍微降低了催化剂的反应初始活性,但同时也显著降低了积碳的活性,提高了催化剂的稳定性。