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甲烷是自然界储量最丰富的化石能源之一,近年又有大量的页岩气和可燃冰被探明。但甲烷在常温常压下为气体,难以液化,不易储存和运输,目前主要作为一次能源直接燃烧,CH4作为自然资源的化学价值未得到利用。而甲醇是一种重要的大宗化工原料,可用于制备多种化学品,具有能量密度高,易储存运输的特点。目前工业上甲烷制甲醇,主要是经由合成气制备,即先通过高温过程将甲烷C-H键全部断裂制成合成气(CO,H2),再经高压过程由CO和H2制CH3OH。合成气制甲醇不仅设备复杂昂贵,而且造气过程能耗高,经济性亟待提高。理论上,电化学合成方法在常温常压下就可以直接将CH4转化成CH3OH、HCOOH等重要化学品。此外电化学方法相对于传统方法,反应过程易控制,反应所需电能可以就地取自风能、太阳能,设备简单,方便实地生产。本文主要研究常温常压下甲烷电催化转化制甲醇的反应。该反应在自行设计制作的流动相气体扩散电极反应器中进行。该气体扩散电极反应器可以有效地保证气-液-固(CH4-催化剂-电解液)三相体系充分接触,克服了常规电催化反应器因CH4难溶于电解液而难于接触催化电极的难题。在CH4阳极转化实验过程中,通过改变电解液发现甲醇的产生和电解液中存在的OH-和Cl-有关。发现含铁催化剂,如Fe2O3、Na3Fe3(PO4)3、FeNC对CH4的电催化转化有较好的催化活性,当以Na3Fe3(PO4)3为催化剂时,在常温常压下甲烷的单程转化率达到0.25%,甲醇的选择性达到33%。合成了纳米级的Au-Pd/CNT催化剂,在常温常压下甲烷的单程转化率达到0.32%,甲醇的选择性达到36%。在CH4阴极转化实验过程中,当以V2O5/CMK-3-N为催化剂时,在常温常压下甲烷的单程转化率达到0.23%,甲醇的选择性达到45%,反应过程中无CO2产生。V205/CMK-3-N中的CMK-3-N(氮掺杂的介孔碳)可以有效提高甲醇产量,V205/CMK-3-N中的V2O5可以抑制甲醇过氧化生成甲酸。证实在CH4阴极转化过程中,向电解液中加入低浓度的H202有利于甲醇生成。此外,我们还在常规玻璃双电解池中,以钛基金属氧化物作为阳极电催化氧化对二甲苯,作为电催化C-H键活化的探索,同时也为甲烷C-H健活化的催化剂设计提供科学基础。