在以往的研究中，人们从经济且实用性强的角度考虑，在金属氧化物催化氧化的基础上研究催化剂的制备方面已经做了大量的工作，人们在考虑到实验条件等影响因素后，使用了可以使被催化物在低温被催化的贵金属作为催化剂，虽然已经取得了很大的进展，但是用于挥发性有机化合物燃烧的非贵重金属氧化物催化剂的一些问题仍然需要进一步的研究。例如,在多孔碳上的三氧化铬是非常活跃的[2]，但铬的高毒性使得的催化剂处理问题不得不被考虑。大部分VIII族金属已被确定为合适的催化剂。特别是，贵金属对于无碳操作显示出高活性和选择性。然而，经济考虑因为成本高和可用性有限而阻碍了贵金属的商业应用。因此，Ni基催化剂的开发对于商业应用是理想的。然而，使用镍的主要问题之一是它们倾向于形成焦炭，这在实验中凸显的问题十分明显，因为镍也有效地催化了碳的沉积。耐焦炭Ni催化剂的制备可以通过使用促进剂，改变载体或优化催化剂的制备。此外，尺寸、形貌、结构和组成的协同作用是设计镍基、甲烷氧化催化剂的重要考虑因素。适当选择合适的载体是至关重要的。具体而言，载体的比表面积和酸碱性会影响催化活性。由于甲烷氧化催化涉及酸性CO2的吸附和解离，因此碱性载体如MgO可以提高CO2化学吸附的能力，从而提高催化剂的耐焦性。此外，镍与载体之间强烈的相互作用可以改善焦炭阻力明显。在工业Cu/ZnO /Al2O3甲醇催化剂中，SMSI（强金属 - 载体相互作用）效应和表面覆盖层在许多催化剂体系中起主要作用。这里，动态SMSI效应加强了中间体并由此提高催化剂的活性。通过对无支撑四面体和半球形纳米簇的甲烷脱氢过程的所有步骤进行了建模，大小约为1 nm，并发现与半球纳米团簇相比四面体纳米簇降低了碳-氢键断裂活化的能量。尽管能量学的第一个碳-氢键断裂在两个纳米团簇上相当，第二个碳-氢键断裂的能量在四面体纳米簇上更有利。这表明脱氢反应的进行和选择性形成甲基或亚甲基作为结构单元可以通过催化剂形状来控制。

然而，对于实际应用，铂纳米团簇经常沉积在特定的金属氧化物载体上用于填充床反应器，其中该载体在苛刻的操作条件下保持金属纳米粒子的结构稳定性。在某些情况下，载体本身也可能通过改变金属-金属氧化物界面处的电子结构并由此影响由生长的金属纳米团簇形成的形状以及活性位点的可用性而影响金属纳米簇的催化活性和选择性几种金属氧化物已被用作催化剂载体，包括氧化镁、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和二氧化铈。在这些不同的载体中，由于其高储氧能力，二氧化铈（CeO2）作为用于氧化和还原反应的活性催化剂吸引了越来越多的关注。

所以研究和制备性能优良催化效率高的催化剂是解决低浓度CH4催化燃烧利用的关键问题，因此开发高活性甲烷低温氧化催化剂实际上对于环境资源的利用以及维护方面都具有极高的研究价值。我们目前对于甲烷氧化燃烧催化剂的主要研究类型在于负载型贵金属催化剂和非金属催化剂两种类型方面。

1.1.1 本课题的主要研究内容

氧化物催化剂(特别是Co3O4基催化剂)对水汽敏感，在含水条件下易失活，因此提高含水条件下氧化物的催化性能仍是一个具有挑战性的课题。同时，对于Co3O4基催化剂，对其认识还存在一些不确定的方向，如反应过程中的活性中心，含水条件下的反应过程等，因此开发出新型的具有良好抗水性能的Co3O4基催化剂具有很好的实用价值，同时对其机理进行研究可以为设计其他抗水性催化剂提供一定的借鉴。

本课题主要通过设计表面具有抗水层高分子覆盖的催化剂，以期提高催化剂的抗水性能，同时减少催化反应过程中积炭对催化剂的影响。同时，研究了制备条件和焙烧条件对催化剂性能的影响，并对催化剂的结构与表面化学性质进行改进，提高了CH4吸附和活化，从而提高了催化剂的活性与稳定性。具体的研究内容如下：