本学位论文主要研究了Cu/SBA-15和Fe/SBA-15催化剂上的甲烷选择氧化制甲醛反应。论文结合催化性能和催化剂表征的研究,探究了催化活性中心的本质,同时通过细致的脉冲法研究考察了这两个催化剂上的反应过程,提出了可能的反应机理。论文首先考察了高分散于SBA-15中的不同过渡金属（过渡金属与硅摩尔比为1/13200）催化剂在甲烷选择氧化反应中的催化性能,发现Cu/SBA-15和Fe/SBA-15上甲醛的收率和甲醛生成的转化频率（TOF）都明显高于SBA-15负载其它过渡金属的催化剂。对催化剂中Cu含量进行优化的实验表明,当Cu含量为0.008 wt%时有着最佳的催化性能,并且在其上得到了5.6 s^-1的甲醛生成TOF,该值是迄今为止所报道的最高值。针对Fe/SBA-15的研究表明,相同反应条件下,当Fe含量为0.05 wt%时有着最高的甲醛收率（1.9%）。结合反应结果和XRD表征表明,在催化剂中Cu含量和Fe含量分别大于1.0 wt%和4.6 wt%时形成的CuO和Fe2O3微晶或小簇会导致深度氧化。这与MoO_x/SBA-15催化剂上所形成的MoO3小簇对应于较高的甲醛生成活性不同。本论文认为SBA-15中高度分散乃至孤立的Cu^II和Fe^III可能是促进甲烷选择氧化生成甲醛的关键。针对0.008 wt% Cu/SBA-15和0.05 wt% Fe/SBA-15上的脉冲实验研究表明,甲烷可以与其中的晶格氧反应,但产物为CO_x,并没有甲醛生成。气相分子氧的参与是生成甲醛的必要条件。对Cu/SBA-15施以多次（CH₄ + O₂）脉冲时,甲烷转化率和甲醛选择性随着脉冲次数的增加而增加,并最终趋于稳定。并且随着脉冲中P（O₂）/P（CH₄）的减小,催化剂达到稳定甲烷转化率和甲醛选择性所需的脉冲次数（诱导期）缩短。在（CH₄ + O₂）脉冲中引入少量的H2,可以大幅缩短这一诱导期。在Fe/SBA-15上在较低的P（O₂）/P（CH₄）下进行多次（CH₄ + O₂）脉冲反应也可以观察到类似诱导期。EPR的表征证实了Cu^II和Fe^III能够被甲烷所还原。EPR表征同时表明不论是在流动反应还是在脉冲反应中,反应后催化剂中均有部分Cu^II和Fe^III被还原,这说明在反应过程催化剂表面可能经历了Cu^II向Cu^I或Fe^III向Fe^II的还原过程。根据上述结果本论文推测,在反应过程中产生的还原态的Cu^I或Fe^II可能参与了氧分子的活化,生成促使甲烷转化为甲醛的活性氧物种。