Die oxidative Dehydrierung (ODH) stellt eine attraktive Route für die Herstellung von Propylen dar, um dessen steigende Nachfrage bedienen zu können. Aufgrund der Folge- und Paralleloxidation von Propan wurden bisher nur geringe Propylen-Selektivtäten erzielt. Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung und Anwendung verschiedener operando-Techniken mit dem Ziel, molekulare Struktur-Aktivitäts-/Selektivitätsbeziehungen von Vanadiumoxidkatalysatoren in ODH-Reaktionen aufzudecken. Es wurde ein neues operando-Gaschromatograph/Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie (GC/FT-IR) Experiment aufgebaut, welches mit der Multiwellenlängen-Ramanspektroskopie (256,7 nm, 385 nm und 515 nm) kombiniert wurde. Der operando Aufbau ist, meines Wissens nach, der Erste seiner Art. Um mögliche lokale Überhitzungen und laserinduzierte Probenschäden zu vermeiden, wurde die Wirbelbettmethode etabliert, mit der die Probe während der Messung kontinuierlich durchmischt wird. Laserinduzierte Effekte spielen insbesondere bei der Anregung im ultravioletten (UV) Bereich eine bedeutende Rolle. Im Vorfeld der operando Experimente wurden die kommerziellen in situ/operando Reaktoren hinsichtlich ihres Einsatzes bewertet. Dabei wurde insbesondere der Temperaturgradient entlang des Reaktorbettes der Raman Zelle untersucht. Der Temperaturcontroller wird über ein integriertes Thermoelement geregelt, welches allerdings nicht im direkten Kontakt mit der Probe ist. Um einen Zusammenhang zwischen der eingestellten Temperatur und der Probentemperatur herzustellen, wurde diese mithilfe eines externen Thermoelements entlang des Reaktorbettes für einen gewissen Temperaturbereich bestimmt. Eine selbstgemachte Halterung diente zur Fixierung des Thermoelements und ermöglichte die Messungen in der geschlossenen Zelle unter Gasfluss und im Wirbelbettmodus. Der Aufbau wurde anschließend in der ODH von Propan mit einem siliziumdioxidgeträgerten Vanadiumoxidkatalysator getestet. Der Katalysator zeigt katalytische Aktivität bei Temperaturen >300°C, wobei die Selektivität zu Propylen mit steigendem Umsatz fällt. Für die operando Versuche wurde eine Reaktionstemperatur von 502°C gewählt. Dabei stimmen Umsatz und Selektivität mit Werten aus der Literatur überein, die in einem konventionellen Reaktor unter ähnlichen experimentellen Bedingungen ermittelt wurden. Dies qualifiziert den Aufbau mitsamt der Raman Zelle und der Wirbelbettmethode für den operando Einsatz (d.h. die simultane Aufnahme von spektroskopischer Information und Aktivitätsdaten) und liefert zusätzlich eine Bestätigung für die Temperaturkorrektur. Der experimentelle Ansatz beinhaltet die Anwendung der Multiwellenlängen-Raman-, Diffuse-Reflexions-UV-Vis und Diffuse-Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie. Da beim Umschalten von oxidativen zu reaktiven Bedingungen keine großen strukturellen Veränderungen beobachtbar sind, wird die erste C-H Aktivierung als geschwindigkeitsbestimmender Schritt identifiziert. In der Abwesenheit von Sauerstoff wird der Katalysator stark reduziert, wie anhand der UV-Vis Spektroskopie gezeigt werden kann. Die Raman Spektren bei einer Anregungswellenlänge von 515 nm enthalten aufgrund der hohen Eigenabsorption keine strukturellen Merkmale der geträgerten Vanadiumoxidstruktur. Im Gegensatz dazu zeigen Raman Spektren, die mit 256,7 nm Anregungswellenlänge aufgenommen wurden, strukturelle Informationen von reduzierten Vanadiumoxidspezies. Zusätzlich wurde der Katalysator unter propan- und wasserstoffreduzierenden Bedingungen in Abhängigkeit der Temperatur untersucht. Während Vanadyl (V=O), verbrückte V-O-V und Interphasenschwingungen (V-O-Si) bei hohen Temperaturen deutlich abnehmen, werden SiO-H Banden sichtbar. Die gesamten Ergebnisse liefern einen direkten Nachweis für mögliche Reaktionspfade der oxidativen Dehydrierung von Propan, die bereits über die Dichtefunktionaltheorie abgefragt worden waren. Wasserstoffabstraktion von Propan findet daher über terminalen Sauerstoff (V=O) statt und führt zur Bildung eines Propyl-Radikals, welches anschließend an demselben oder an einem anderen Vanadium-Zentrum weiterreagiert. Unter der Annahme, dass molekularer Sauerstoff für eine schnelle Reoxidation sorgt, liegt während der Reaktion eine volloxidierte (geringreduzierte) Vanadiumoxidspezies vor, wie sie auch spektroskopisch beobachtet wurde. Um weitere mechanistische Einblicke in ODH-Reaktionen zu erhalten, dient der direkte Vergleich zur selektiven Oxidation mit Ethanol zu Acetaldehyd. Spektroskopisch gesehen zeigt der Katalysator eine signifkante Abhängigkeit zum eingesetzten Substrat. Ethanol chemisorbiert und bildet in der Folge eine Ethoxy-Spezies an Vanadium (V) aus, was zu einer Reduzierung der Vanadiumoxidspezies vor dem geschwindigkeitsbestimmenden Schritt, der C-H Aktivierung, zur Folge hat. Im Gegensatz dazu adsorbieren Propan Moleküle nur schwach, was die fehlende Beobachtung einer Bindung des Moleküls in den Raman-Spektren erklärt. Im Gegensatz zu Sauerstoff führt der Einsatz von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Oxidationsmittel zu einer verbesserten Selektivität zu Propylen. Die erfolgreiche Aktivierung von CO2 in dem ODH Zyklus wird durch den Nachweis von Kohlenstoffmonoxid im Gasauslass sichergestellt. UV-Vis- und 256,7 nm Raman-Spektren zeigen die Anwesenheit eines stark-reduzierten Vanadiumoxidkatalysators unter operando Bedingungen. Nach der Reaktion reoxidiert CO2 reduzierte Vanadiumoxidspezies, die mittels UV Raman-Spektroskopie (256,7 und 385 nm) nachgewiesen werden können. Es wird angenommen, dass CO2 für die Wiederherstellung des Vanadylsauerstoffes über V3+ verantwortlich ist. Isomerisierungsprozesse mit Wasserstoff an terminalem, verbrücktem und Interphasen-Sauerstoff laufen somit parallel ab.Die ODH-Reaktion mit CO2 folgt einem V5+/V3+ Redoxzyklus, während mit Sauerstoff auch ein V5+/V4+ Redoxpaar möglich ist. Es werden verschiedene Faktoren identifiziert, die die Selektivtät beeinflussen, welche in Korrelation zum Reduktionsgrad stehen. Die Katalysatorreduktion führt zur Abnahme des Oligomerisierungsgrades und der Verfügbarkeit aktiver Sauerstoffspezies, wodurch die Totaloxidation von Propan effektiv unterdrückt wird. Ceroxidgeträgerte Vanadiumoxidkatalysatoren zeigen bereits bei niedrigeren Temperaturen eine hohe katalytische Aktivität in der ODH von Propan. Dies ist auf eine aktive Trägerbeteiligung von Ceroxid (CeO2) zurückzuführen. Die entwickelte Multiwellenlängen-Ramanstudie ermöglicht es erstmals, CeO2 Bulk- und Oberflächenmoden sowie Vanadiumoxidschwingungen je nach anregender Wellenlänge selektiv zu verstärken. Die Erweiterung mit der FT-IR Gasphasenanalyse ermöglichte die Durchführung von operando Experimenten. Die aktive Trägerbeteiligung von CeO2 wurde in der ODH von Ethanol untersucht, die als Modellreaktion dient. Die beobachtete Reduktion von CeO2 deutet auf eine Stablisierung von Vanadium in seinem Oxidationszustand 5+ hin, was im Einklang mit theoretischen Berechnungen ist. Die signifikante Abnahme der Interphasenschwingung (V-O-Ce) ist ein direkter Hinweis auf den vorliegenden Synergieeffekt.