多数学者认为,煤焦表面的含氧官能团能够促进甲烷的分解,但到目前为止,还没有得到证实。本文采用理论和实验结合的方法研究了煤焦表面的典型含氧官能团对甲烷的作用。理论研究采用量子化学密度泛函理论方法Dmol~3程序优化计算了煤焦表面典型含氧官能团(内酯、酸酐、羧基和酚羟基)结构模型的Mulliken电荷、Fukui函数、变形密度等微观参数。得出煤焦表面含氧物种中,氧原子的电荷分布随其所处化学环境的不同,电荷变化较大,其中内酯和酸酐中羰基氧原子上的Mulliken电荷和Fukui指数相对比其它化学环境中氧原子的要大,说明内酯和酸酐羰基结构上的氧活性最大,是发生化学反应的活性位点。同时,进一步采用LST/QST方法对煤焦表面典型含氧官能团结构模型与甲烷作用的反应机理进行了研究,动力学计算表明典型含氧官能团中,内酯结构中羰基上的氧是催化活化甲烷的活性位点,其活化能为94.5kJ/mol,与文献报道的相符。因此推测,如果煤焦表面的含氧官能团对甲烷分解起催化活化作用,那么内酯结构中羰基上的氧是最有可能的活性位点。根据理论计算的结果,我们做了热分析、Boehm滴定和XPS实验。热分析实验结果说明在煤焦存在的条件下,甲烷在750℃左右开始分解,与甲烷无催化剂条件下的分解温度1000℃相比,煤焦能够促进甲烷的分解。同时我们对热分析前后的煤焦进行了Boehm滴定和XPS分析,Boehm滴定结果表明,热分析后的煤焦表面的含氧官能团比反应前有所减少;在对热分析前后煤焦的XPS谱图分析时,我们首先对具有类似煤焦表面含氧官能团的标准化合物进行了XPS测定,并使用标准化合物的数据对煤焦表面的含氧官能团进行分峰,分峰结果表明:热分析前后煤焦表面的含氧官能团有所减少,但减少的并不是很多,并且Ols的分峰结果有剩余,至于剩余部分由什么引起,还有待进一步分析。