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DOI:10./j.jiec..02.
随着人类社会碳中和意识的增强，全球变暖问题已经得到了很好的解决，大气中的碳排放量也得到了有效的控制。特别是上个世纪工业革命开始后，大量的含碳气态副产物被释放到大气中。大多数工业过程都会将低碳烷烃直接释放到环境中，例如炼油装置会产生低碳烷烃，尤其是作为气态副产物的正丁烷。近几十年来，正丁烷已被用作一种试剂，以在钒催化剂的支持下生成重要的有价值的化学品，如顺丁烯二酸酐。复合钒磷氧化物以几乎十五种不同的相存在于自然界中。每一种都具有独特的结构形态和化学成分，并表现出特定的理化特性，如表面酸度、晶格氧、表面氧、价态、P/V比、V+4/V+5、表面与晶格氧比等，这高度依赖于前体制备和催化剂活化条件。研究人员认为，要么添加各种促进剂/助催化剂/金属掺杂剂，要么引入新的制备技术，如微波辐照、超声、球磨、煅烧、溶胶-凝胶静电纺丝、水热和溶剂热合成，可提高催化选择性和活性。本综述描述了上述不同方法以及反应动力学和反应机理。此外，本文还强调了影响整体催化性能的重要工业问题，如空气/正丁烷预处理、失活、补水、补磷和强放热反应。
图1.WebofScience中自21世纪以来关于正丁烷氧化的文献；主题关键词：a）丁烷，MA（顺丁烯二酸酐）；b）丁烷，VPO（钒磷氧）。
图2.VPO前驱体向VPO催化剂的演化过程取决于时间和温度。
图3.VPO催化剂的发展历程。
图4.通过VPA、VPO、VPD制备前驱体的方法。
图5.VPA、VPO和VPD等不同方法制备的V—P—O前体可调节结构形态和物理外观，进而改变物理化学性质。
图6.异丁醇（VPOA）、1-戊醇（VPOB）、1-庚醇（VPOC）和1-癸醇（VPOD）等不同溶剂用于修饰结构形态。
图7.VPO催化剂的结构形态表明，不同金属掺杂剂的添加对晶体外观有着很大影响（b）。
图8.合成基于多金属氧酸盐离子液体（POM-IL）的VPO前体用于正丁烷选择性氧化。
图9.将作为氢键供体的木糖醇、甘油、1,4-丁二醇、乙二醇和乙二醇与作为氢键受体的氯化胆碱混合以制备用于正丁烷选择性氧化的DESs。
图10.由深层共晶溶剂（DES）合成VPO催化剂，用于正丁烷选择性氧化。
图11.所制备的氯化胆碱/葡萄糖基低共熔溶剂在VPO合成中用作结构导向剂和电子促进剂。
图12.所制备的单、双和三金属DESs具有诱导VPO催化剂成为结构导向剂和电子促进剂的能力。
图13.通过静电纺丝技术制备磷功能化碳纤维，用于VPO催化剂的研制。
图14.使用超声处理开发自组装纳米棒V2O5束。
图15.使用微波加热法获得比传统加热方法更高的催化产率。
图16.使用球磨工艺粉碎颗粒并产生细颗粒以增加表面积。
图17.晶格氧参与烃类氧化的氧化还原行为。
图18.钒物种（V+4离子）的抗体轨道将吸附的氧转化为O-2物种。
图19.由于氧化物种的氧化还原性能，吸附氧物种和晶格氧物种可以相互转化。
图20.V4+相的晶体结构：（a）前驱体VOHPO4·0.5H2O和（b）活性相（VO）2P2O7。
图21.V5+相的晶体结构：（a）前驱体VOPO4·2H2O；（b）活性相αI-VOPO4；（c）αII-VOPO4；（d）β-VOPO4。
图22.相的过渡态行为存在于VPO催化剂和前体的晶相之间。
图23.不可逆的脱水路径导致V-P-O基底中的相转变。
图24.在50-℃下观察到ω-VOPO4的相变。ω-VOPO4在℃时变为δ-VOPO4。然而，ω-VOPO4在℃时变为γ-VOPO4。
图25.根据表面磷与钒物种的比例生成选择性和非选择性产物。
图26.正丁烷氧化成MA的连续烯基机理。
图27.正丁烷氧化成MA的机理以及可能的中间体。
图28.使用两种不同的方案来开发化学计量方程。
图29.在一个合理的反应网络中，使用可能的动力学方程来探索连续的平行反应，最终产生COx。
图30.通过活性中心表示焦磷酸盐氧化的价键图示，并且观察到V+5OPO4表面引发烷烃的C-H键断裂。
图31.VPO催化丁烷选择性氧化制MA的机理及相应能量示意图。
图32.当VPO催化剂存在时，正丁烷向MA的转化遵循上述反应网络。
图33.Dente和Mauritio动力学反应网络显示了速率方程的参数。
图34.各种燃烧产物（选择性和非选择性）在正丁烷氧化过程中产生热能。
图35.工业C4馏分法用于MA的生产。
图36.MA副产物是通过邻苯二甲酸酐法获得的。
图37.苯用作生产MA的试剂。
图38.正丁烷选择性氧化为MA。
图39.顺丁烯二酸酐广泛应用于科学技术领域。
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