摘要
甲烷选择性氧化和定向活化被称作催化界的“圣杯”。开发在低温条件下以分子氧(O2)氧化CH4直接制CH3OH的技术是领域里的挑战性课题。本论文发现，以循环水作为接地极，采用新型同轴介质阻挡放电反应器(DBD)可在低温常压下实现CH4/O2等离子体直接合成甲醇，进一步研究负载型金属催化剂得出Ni基催化剂可与CH4/O2等离子体协同提高CH4转化率和CH3OH选择性。相关结果结论如下： 1．通过考察CH4/O2等离子体的反应条件，发现短停留时间和低放电功率时甲醇选择性较高。结合0维模拟计算(ZD-Plaskin)推测出CH4/O2等离子体生成CH3OH及其它副产物的反应路径。 2．通过考察金属催化剂对CH4/O2等离子体合成CH3OH反应的影响，发现Ni/γ-Al2O3催化剂有利于等离子体催化CH4氧化制CH3OH；进一步研究发现，质量负载量为10％的Ni/γ-Al2O3催化剂反应效果最佳，CH4转化率为6.4%，甲醇选择性为50.0%。 3．对Ni/γ-Al2O3催化剂进行XRD、XRF、TPR、XPS、HRTEM、HADDF-STEM以及氮气物理吸附等催化剂表征，发现与载体具有强相互作用的NiO晶相(β-NiO)对等离子体催化CH4氧化制CH3OH有着重要作用；对CH4/O2等离子体进行原位光学诊断可知，CH4/O2等离子体中含有高活性自由基团CH3和O(1D)，并且发现Ni/γ-Al2O3催化剂有利于吸附H自由基；结合上述0维模拟计算、催化剂表征及等离子体诊断结果，本文认为β-NiO是该反应的活性中心，且等离子体气相物种与活性中心的相互作用对促进CH3OH生成具有重要的作用。
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