甲烷氧化偶联(OCM)直接制C2(乙烯,乙烷)是一项富有前景的甲烷利用技术,但该反应通常需要在>700℃的高温下进行。高反应温度不但浪费了大量能量而且加剧了产物的深度氧化,因此开发低温OCM催化剂是一个重要的研究方向。多级孔材料因其开放的孔道、反应物分子易于接触的表面、大比表面积和孔容以及表面丰富的氧空位常被作为催化剂用于氧化反应中以降低反应的温度。因此,本文以花状多级孔La2O3基催化剂为研究对象,通过与非多级孔La2O3基催化剂对比并结合一系列表征手段探究多级孔La2O3基催化剂的构效关系。主要结果如下:1.花状多级孔La2O3(La2O3-F)在OCM反应中呈现出相对于密实微球La2O3催化剂(La2O3-M)更高的催化性能。特别是,在较低的反应温度(43O℃)下,La2O3-F催化剂表现出较高的甲烷转化率(34.9%)和C2选择性(40.5%)。其主要原因是,在La2O3-F催化剂由介孔和大孔组成的多级孔孔道中形成了具有表面缺陷的结构。表面缺陷的结构促进氧气活化形成的化学吸附氧物种(亲电氧物种)有利于CH4低温选择氧化形成C2。2.Sr掺杂的花状多级孔La2O3(Sr0.1La-F,n(Sr)/n(La)=0.1)催化剂的C2收率较 La2O3-F 提高了 4.7%(19.1%vs.14.4%,550℃),而在 Sr 掺杂的 La2O3-M(Sr0.1La-M)相较于 La2O3-M 仅提高 2.5%(11.8%vs.9.3%,550℃),这与催化剂上Sr与La2O3之间的作用有关。研究表明,在Sro.1La-F中,大比表面积和孔容的多级孔结构促进Sr高度分散于La2O3表面,起到隔离La2O3活性位点和抑制La2O3颗粒团聚的作用;且因其表面缺陷和高分散的Sr加强了 Sr与La2O3之间的作用,促进Sr进入La2O3的晶格并导致La2O3的电子性质发生变化,以此促进亲电氧物种的生成;进而提高OCM反应的C2选择性和CH4转化率。3.Sr0.1La-F会在反应过程中因高温水蒸气的作用导致催化剂孔道坍塌而失活。在Sro.1La-F体系中掺入一定量的Zr4+、Nb5+、Mo6+等比La3+价态更高的金属可有效改善高温水蒸气对Sr0.1La-F孔道的破坏使得催化剂的OCM性能得以维持。但掺入金属的价态和添加量都会影响催化性能,随着添加金属价态的升高或添加量的增加,催化剂的氧空位减小,进而导致CH4转化率和C2选择性的下降。