天然气资源丰富,其主要用途作为能源以燃烧方式为主。然而未完全燃烧的甲烷作为第二大温室气体,直接排放会带来严重的环境问题。催化燃烧作为一种高效环保的尾气净化技术,可以使低浓度甲烷在较低温度条件下进行转化,进而可避免因高温燃烧产生NOx和CO等污染物问题,这项技术对提高燃烧效率和处理(矿井)低浓度瓦斯气体以及工业废气具有重大意义。大多数催化燃烧催化剂不仅高温容易烧结,且易被水汽和硫化物毒化而失活,进而限制了催化燃烧技术在实际中的应用。本论文从镍钴尖晶石催化体系入手,通过水热60h合成的NiCo2O4具有多孔纳米片结构,甲烷催化燃烧性能更优异,在24000 ml h-1 g-1的空速下,其T50(甲烷转化率为50%的温度)约在280℃。而且水汽对水热法合成NiCo2O4催化剂的活性影响较小,特别在高空速下也是如此。这是因为经长时间水热处理,催化剂表面吸附氧和缺陷较少,从而H2O在其表面上的吸附能力较弱。然后,控制水热合成的时间,发现可调控表面高价态离子(Ni3++Co3+)的量,且表面高价态离子(Ni3++Co3+)的量与其催化活性有很好的关联性。因此,我们从实验上确认了在尖晶石表面Ni3+和Co3+都可以作为甲烷活化位点。为了进一步提高催化剂的低温活性,以NiCo2O4为载体,使用流电沉积法在NiCo2O4上原位生长了超细PdOx纳米粒子(约1nm),并且保证了纳米Pd颗粒与NiCo2O4载体具有紧密的界面。通过与传统方法制备的催化剂进行对比,流电沉积法制备催化剂不仅具有良好的催化性能,而且耐水汽性能也相对优异。归其原因是流电沉积法获得的催化剂中,Pd具有更高的氧化态和载体NiCo2O4上形成了较多的氧空位。高价态的Pd易于甲烷分子的活化,载体上大量的氧空位利于气相氧的活化,贵金属Pd与载体协同作用提高催化反应速率。因此,该催化剂显示非常出色的催化活性(T90=260℃)。烧结和硫中毒是大多数催化剂失活的主要原因。通过水热合成法将Pd纳米团簇一步封装在全硅分子筛(S-1)中,得到的核-壳结构催化剂(表示为Pd@S-1)具有良好催化活性和超高稳定性。经800℃老化10h,10%水蒸气老化100h,由于S-1壳层的限制,可以有效的防止Pd粒子迁移和生长。此外,将Ni引入该体系,不仅可以增强催化活性,而且可以提其高热稳定性。由于Ni的内聚能大于Pd,且Ni能够与底物发生相互作用,因此即使在900℃下老化5h,Pd0.8Ni0.2@S-1催化剂也不会发生严重烧结,仍能在450℃下将甲烷完全转化。虽然Ni的掺杂对催化剂的活性与热稳定性有所提升,但对其耐水性能和耐硫性能有所影响,加剧催化剂的失活。最后考察了 Pd@S-1样品的耐硫性能。一系列表征手段表明,S-1壳对SO2具有一定的阻挡作用。我们推测,由于S-1微孔的限域作用,防止了大尺寸PdSO4团簇的形成,导致SO2易于在Pd@S-1表面上脱附,从而显著降低了 Pd@S-1催化剂的再生温度。