煤层气作为一种清洁能源,受到了广大研究者的青睐。甲烷部分氧化(POM)反应具有设备简单、能耗低且生成的合成气比值适合费托合成及生成下游产物的优点,是煤层气高效利用的一种方法。然而目前该反应所用的非贵金属催化剂存在积碳和烧结等问题,而贵金属催化剂则面临价格昂贵的问题。因此开发一种新型的催化剂是具有重大意义的。六方氮化硼(h-BN)作为一种层状的无机非金属材料因其在无金属的条件下也具有催化活性而在催化领域受到了广泛的关注,其表面活性位点可通过引入活性官能团和掺杂金属和非金属等方式增加。本文基于羟基化改性和掺杂金属氧化物到h-BN的思路制备了m-h-BN、WO₃-h-BN以及WO₃-m-h-BN等一系列催化剂,通过XRD、TEM、XPS、FT-IR和EPR等表征方法,分析了h-BN活性位点增加的原因,并探究了该催化剂用于甲烷部分氧化的活性位点以及催化剂制备过程对POM反应活性的影响。论文的主要内容如下:(1)采用羟基化改性(氧化剂改性、酸改性、碱改性)的方法增加h-BN的活性位点,考察了改性后h-BN用于POM反应的催化活性。研究发现h-BN用于甲烷部分氧化反应时其反应活性并不高,当对其进行羟基化改性处理后催化活性有了明显的提高。尤其是过氧化氢(H₂O₂)改性h-BN,可将甲烷转化率从32.9%提高至37.2%。已有研究表明其改性机理为H₂O₂处理会破坏h-BN的B-N键,从而暴露出B位点促使B-OH的生成。B-OH的增多使得h-BN用于POM反应的催化活性增强。(2)通过掺杂具有半导体性质的金属氧化物(氧化铈、氧化钼、氧化锡、氧化铟、氧化钨)到h-BN中发生电子转移而使B-N键断裂,增加h-BN表面的B-OH活性位点,发现氧化钨(WO₃)掺杂效果最好。加入WO₃可使h-BN中的N得到电子促进B-N键的断裂,产生N空位(三硼中心),暴露出B位点,产生B-OH活性位点。值得注意的是,将WO₃掺杂到H₂O₂改性的h-BN(WO₃-m-h-BN)上不仅能够使N和B得到电子发生电子转移,且N发生电子转移的程度比WO₃掺杂到未改性h-BN(WO₃-h-BN)的程度大,因而产生的N空位(三硼中心)也比较多,暴露出更多的B位点,极大地促进了B-OH活性位点的产生,使催化剂活性有了更加明显的提高。(3)针对WO₃-h-BN反应活性不佳的问题,探究了制备过程对POM反应活性的影响。研究结果表明水热合成的WO₃掺杂WO₃(s)-h-BN催化剂的活性要比WO₃-h-BN的活性好,这归因于水热合成的WO₃具有更好的电子传输能力,增强了电子转移发生的程度。除此之外,增加WO₃与h-BN结合时的焙烧温度也可以提高催化剂的反应活性。