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纳米碳材料直接作为催化剂的非金属碳催化是目前材料科学与催化领域的前沿方向之一。在众多纳米碳材料中，纳米金刚石由于具有分散性能好、表面曲率高、催化性能优异、可批量生产等优点，近年来在催化领域得到了人们越来越多的关注。研究表明，纳米金刚石具有独特的内核sp3杂化，外层sp2杂化的“金刚石-石墨烯”复合结构，尤其是其表面石墨烯的杂化状态以及化学性质能够直接影响其催化性能。因此，本论文针对纳米金刚石表面的不同杂化状态和杂原子修饰进行研究，重点考查其对烷烃脱氢反应的调控机制，主要内容包括: (1)采用惰性气氛下不同温度焙烧处理来系统调控纳米金刚石的核壳结构，利用高分辨电镜、电子能量损失谱和X射线光电子能谱等表征手段跟踪纳米金刚石表面石墨烯的微观结构和化学性质的变化，并进一步与丙烷直接脱氢活性相关联。研究发现，随着焙烧处理温度的升高，纳米金刚石表面sp2碳逐渐由无序向高缺陷弯曲石墨烯、再到有序洋葱碳结构转化，其催化丙烷直接脱氢的活性呈现先升高后降低的规律。反应速率同表面活性氧官能团的含量并无直接线性关系，而与催化剂的缺陷程度密切相关。结合原位反应和理论计算证明纳米金刚石表面的缺陷位也能够促进丙烷分子中C-H键的活化。 (2)通过高温热处理制备具有不同sp2/sp3杂化结构的纳米金刚石，采用丙烷氧化脱氢作为探针反应来考查不同杂化结构上氧物种的性质和演变规律。研究表明，在氧化脱氢反应条件下，纳米金刚石表面初始存在的官能团对催化反应贡献不大，活性氧物种可以在缺陷位上通过氧的化学吸附原位迅速生成并且直接参与到反应过程中。对于不同杂化结构的纳米金刚石，其表面产生的相同活性官能团的催化能力是不同的，可以通过改变sp2比例进行调节。在石墨化的洋葱碳表面生成的活性氧物种能够显著提高烯烃的选择性。 (3)采用磷和硼杂原子修饰的方法对纳米金刚石表面化学性质进行调控，重点考查杂原子与纳米金刚石表面的相互作用机制，并进一步探讨其对丙烷氧化脱氢反应的控制规律。研究发现，磷和硼杂原子的修饰都能够有效提高烷烃氧化脱氢的选择性。磷通过在缺陷位上形成C-O-P化学键来抑制反应过程中非选择性碳氧化物的生成，对活性氧物种不会造成影响;而硼以氧化物形式存在于纳米金刚石表面，会随着修饰量的增加与表面不同位点发生相互作用，高的修饰量则会覆盖活性位导致催化活性的降低。