由於甲烷的氧化偶合反應皆需在高溫下進行；在反應過程中通入大量的氧氣，雖然可使甲烷氧化偶合成乙烯、乙烷，但也會使產物與生成物氧化成二氧化碳，一來毒化觸媒本身、二來由於生成物的氧化而降低了C2的產率與選擇率；更因為這類的觸媒對於乙烯的選擇性並不好，因此嘗試在無氧的條件下活化偶合甲烷。Cu可使甲烷活化之後的CHx進行偶合，而硫酸根在高溫可以防止觸媒積碳而免於毒化、並由於硫化物具有脫氫的能力或許可促進甲烷的活化，因此選擇CuSO4/Al2O3作為甲烷在無氧條件下偶合反應的觸媒。

本實驗在於探討硫酸根濃度影響觸媒表面對於甲烷直接偶合反應的影響。實驗結果顯示，銅與硫酸根的比率在 1：0.1 時，到達最大活性的時間最久，大約需要 500 分鐘，隨著比率的增加與減少，到達最大活性的時間會提前，最快只需 100 分鐘。硫酸根並非是影響積碳與觸媒到達最大活性時間的物質，因為在 800 oC 時，表面的硫酸根可能已經分解或成生其他含硫但紅外光譜儀無法偵測的物種。由Ｘ光粉末繞射與積碳的測量發現，在 1：0.1 附近的比率，觸媒在反應期間會產生石墨形式的積碳，且積碳量較多。這是由於石墨化的積碳在無氧環境下並不易被活化進而偶合成其他的碳氫化合物。由於大部分形成積碳的物種都形成石墨化的積碳，使得能經由碳化反應生成乙烯、乙烷的物種無法及早形成。所以在銅比硫酸根1：0.1 時觸媒催化甲烷偶合反應達到最大活性的時間會向後延遲。

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壹、緣起 1
貳、研究背景 3
一、甲烷的氧化反應（Partial Oxidation of Methane） 3
二、甲烷蒸氣重組反應（Steam Reforming of Methane） 4
三、甲烷偶合反應（Methane Coupling Reactions） 5
1. 氧化偶合反應（OCM） 5
2. 甲烷直接偶合反應（DCM） 7
四、動機 10
參、實驗方法與步驟 11
一、觸媒的配製 11
二、活性測量 11
三、觸媒晶面測量 13
四、紅外光譜測量 13
五、表面積碳的測量 14
六、能量分散能譜 14
肆、實驗結果與討論 16
一、硫酸根對 CuSO4/Al2O3在甲烷直接偶合上的影響 16
二、表面官能基的偵測 17
三、Ｘ光粉末晶格繞射的測量 18
四、積碳的測量 19
伍、結論 21
陸、參考文獻 22

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