利用觸媒將甲烷轉化成為更具經濟價值的物質，一直是科學家們努力的目標。研究發現，CuSO4/Al2O3觸媒可以同時使用在甲烷氧化偶合及甲烷直接偶合反應上，將甲烷轉化成為長碳烴類，並且都有相當不錯的活性表現。本實驗利用電子顯微鏡等儀器，來觀察在進行甲烷直接偶合反應時，觸媒表面的變化情形，實驗發現，反應進行中，甲烷會在銅觸媒表面分解，形成多層碳管的結構，並將部分銅觸媒撐起，相較於其他甲烷直接偶合反應的觸媒易遭受積碳毒化而失去活性，CuSO4/Al2O3觸媒因此仍保有不錯的分散度及活性。實驗也發現，觸媒表面碳管的數量及長度，會隨著反應時間增加，因此若能在反應條件上加以研究，未來也許能將CuSO4/Al2O3觸媒應用在製造碳管的用途上。

none

壹、簡介 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景 2
一，甲烷的氧化反應
二，甲烷蒸氣重組反應
三，甲烷偶合反應
1. 氧化偶合反應（OCM） 5
2. 甲烷直接偶合反應（DCM） 7
1.3 研究動機 9
1.4 奈米碳管 11
貳、實驗裝置與步驟 13
2.1 觸媒的製備 13
2.2 觸媒的前處理 13
2.3 反應條件 14
2.4 掃描式電子顯微鏡（SEM）
2.5 穿透式電子顯微鏡（TEM） 14
2.6 熱重分析（TGA） 15
2.7 紅外光譜儀（FT-IR） 15
參、結果與討論 17
肆、結論 22
伍、參考文獻 24

1. J. T. Yates, Jr., S. M. Gates, J. N. Russel, Jr. Surf. Sci. 1985, 164, L839.
2. G. K. Boreskov, “Heterogeneous Catalysis”, Nauka, Moscow, 1986.
3. Y. Amenomiya, V. I. Birss, M. Goledzinowski, J. Galuszka, A. R. Sanger, Catal. Rev.-Sci Eng. 1990, 32, 163.
4. R. Pitchai, K. Klier, Catal. Rev.-Sci. Eng. 1986, 28, 13.
5. D. M. Bibby, C. D. Chang, R. F. Howe, S. Yurchak, eds, Methane Conversion, Proc. Symp. on the Production of Fuel and Chemicals, Auckland, 1987; in “Studies in Surface Science and Catalysis”, Vol. 36, eds. B. Delmon and J.T. Yates Jr., Elsevier, Amsterdam, 1988.
6. J. S. Lee, S. T. Omaya, Catal. Rev.-Sci. Eng. 1988, 30, 249.
7. D. W. E. Axford, G. W. Norrish, Proc. R. Soc. 1948, A192, 158.
8. R. –S. Liu, M. Iwamoto, J. H. Lunsford, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1982, 78.
9. H. F. Liu, R. –S. Liu, K. Y. Liew, R. E. Johnson, J. H. Lunsford, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 4117.
10. M. M. Khan, G. A. Somorjai, J. Catal. 1985, 91, 263.
11. M. Iwamoto Japanese Kokai Tokyo Koho, 1983, 5, 892, 629.
12. S. T. Sie, M. M. G. Senden, H. M. H. Wechen Catal. Today 1991, 8371.
13. D. A. Hickman, L. D. Schmidt, Science 1993, 259, 343.
14. J. H. Lunsford, Nature 1985, 314, 721.
15. S. Pak, P. Qiu, J. H. Lunsford, J. Catal. 1998, 179, 222.
16. F. C. Schouten, O. L. J. Gijzeman, G. A. Bootsma, Surf. Sci. 1997, 87, 1.
17. M. P. Kaminsky, N. Winograd, G. L. Geoffroy, M. A. Vannice, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 1315.
18. T. P. Beebe, Jr., D. W. Goodman, B. D. Kay, J. T. Yates, Jr., J. Chem. Phys. 1987, 87, 2305.
19. S. T. Ceyer, Langmuir 1990, 6, 82.
20. C. Zheng, Y. Apeloig, R. Hoffman, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 749.
21. R. A. van Santen, Catal. Lett. 1992, 16, 59.
22. P. J. Feibelman, Phys. Rev. B. 1982, 26, 5347.
23. M. Belgued, P. Pareja, A. Amariglio, H. Amariglio, Nature 1991, 352, 789.
24. T. Korets, R. A. van Santen, J. Mol. Catal. 1991, 70, 119.
25. A. Erdohelyi, J. Cserenyi, F. Solymosi. J. Catal. 1993, 141, 287.
26. F. Solymosi, A. Erdohelyi, J. Cserenyi, A. Felvegi, J. Catal. 1994, 147, 272.
27. F. Solymosi, J. Phys. Chem. 1993, 97, 11056.
28. C. M. Chiang, J. Phys. Chem. 1992, 96, 1836.
29. F. Solymosi, Catal. Lett. 1995, 34, 343.
30. K. Murata, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1997, 221.
31. S. Iijima, Nature 1991, 354, 56.
32. J. W. G. Wildoer, L. C. Venema, A. G. Rinzler, R. E. Smalley, C. Dekker, Nature 1998, 391, 59.
33. J. Liu, A. G. Rinzler, H. Dai, J. H. Hafner, R. K. Bradley, P. J. Boul, A. Lu, T. Iverson, K. Shelimov, C. B. Hoffman, F. Rodriguez-Macias, Y. S. Shon, T. R. Lee, D. T. Colbert, R. E. Smalley, Science 1998, 280, 1253.
34. T. Nemes, A. Chambers, R. T. K. Baker, J. Phys. Chem. 1998, 102, 6323.
35. Q. Wang, J. K. Johnson, J. Phys. Chem. 1999, 103, 4809.
36. J. Liu, R. E. Smalley, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2383.
37. L. C. Venema, J. W. G. Wildoer, C. Dekker, G. A. Rinzler, R. E. Smalley, Appl. Phys. A 1998, 66, S153.
38. S. Bandow, S. Asaka, X. Zhao, Y. Ando, Appl. Phys. A 1998, 67, 23.
39. J. Bernhole, C. Brabec, M. B. Nardelli, A. Maiti, C. Roland, B. I. Yakobson, Appl. Phys. A 1998, 67, 39.
40. A. D. Bozhko, D. E. Sklovsky, V. A. Nalimova, A. G. Rinzler, R. E. Smalley, J. E. Fischer, Appl. Phys. A 1998, 67, 75.
41. K. Sattler, Carbon 1995, 33, 7, 915.
42. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, R. Saito, Carbon 1995, 33, 7, 883.
43. C. H. Kiang, W. A. Goddard, R. Beyers, D. S. Bethune, Carbon 1995, 33, 7, 903.
44. R. S. Ruoff, D. C. Lorents, Carbon 1995, 33, 7, 925.
45. P. C. Eklund, J. M. Holden, R. A. Jishi, Carbon 1995, 33, 7, 959.
46. J. H. Hafner, M. J. Bronikowski, B. R. Azamian, P. Nikolaev, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, K. A. Smith, R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 1998, 296, 195.
47. Y. Ye, C. C. Ahn, C. Witham, B. Fultz, J. Liu, A. G. Rinzler, D. Colbert, K. A. Smith, R. E. Smalley, Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 16, 2307.
48. S. A. Chesnokov, V. A. Nalimova, A. G. Rinzler, R. E. Smalley, J. E. Fischer, Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 2, 343.
49. S. Iijima, T. Ichihashi, Nature 1993, 363, 603.
50. M. Tomita, J. Appl. Phys. 1993, 32, L280.
51. P. M. Ajayan, Chem. Phys. Lett. 1993, 215, 509.
52. D. S. Bethuae, Nature 1993, 363, 605.
53. J. M. Lambert, Chem Phys. Lett. 1993, 226, 364.
54. C. Journet, P. Bernier, Appl. Phys. A 1998, 67, 1.
55. T. Guo, P. Nikolaev, A. G. Rinzler, D. Tomanek, D. T. Colbert, R. E. Smalley, J. Phys. Chem. 1995, 99, 10694.
56. T. Guo, P. Nikolaev, A. Thess, D. T. Colbert, R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 1995, 243, 49.
57. L. P. F. Chibante, A. Thess, J. M. Alford, M. D. Diener, R. E. Smalley, J. Phys. Chem. 1993, 97, 8696.
58. C. L. Field, J. R. Pitts, M. J. Hale, C. Bingham, A. Lewandowski, D. E. King, J. Phys. Chem. 1993, 97, 8701.
59. Y. Lee, J. Mat. Res. 1997, 78, 2393.
60. M. Yudasaka, J. Appl. Phys. 1995, 23, 2477.
61. T. Koyama, M. Endo, Y. Onuma, Jpn. J. Appl. Phys. 1972, 11, 4, 445.
62. A. Oberlin, M. Endo, J. Crys. Grow. 1976, 32, 335.
63. R. Bacon, J. Appl. Phys. 1957, 28, 826.
64. G. G. Tibbetts, J. Crys. Grow. 1984, 66, 632.
65. G. G. Tibbetts, M. G. Devour, E. J. Rodda, Carbon 1987, 25, 3, 367.
66. M. Audier, A. Oberlin, M. Oberlin, M. Coulon, L. Bonnetain, Carbon 1981, 19, 217.
67. J. Heremans, Carbon 1985, 23, 4, 431.
68. M. Endo, Y. Hishiyama, T. Koyama, J. Phys. D : Appl. Phys. 1982, 15, 353.
69. T. C. Chieu, G. Timp, M. S. Dresselhaus, M. Endo, A. W. Moore, Phys. Rev. 1983, B27, 3686.
70. L. D. Woolf, J. Chin, Y. R. Lin-Liu, H. Ikezi, Phys. Rev. 1984, B30, 861.
71. B. Marshik, D. Meyer, T. Apple, J. Appl. Phys. 1987, 62, 9, 1.
72. 邱創義, “甲烷在碳煙上的反應行為”, 國立中山大學化學研究所碩士論文, 民國86年.
73. 陳冠名, “甲烷在CuSO4/Al2O3觸媒上的直接偶合反應行為”,國立中山大學化學研究所碩士論文, 民國87年.
74. 林建宏, “碳材料的表面性質與催化反應的探討”, 國立中山大學化學研究所博士論文, 民國88年.
75. A. G. Rinzler, J. Liu, H. Dai, P. Nikolaev, C. B. Huffman, F. J. Rodriguez-Macias, P. J. Boul, A. H. Lu, D. Heymann, D. T. Colbert, R. S. Lee, J. E. Fischer, A. M. Rao, P. C. Eklund, R. E. Smalley, Appl. Phys. A. 1998, A67, 29.
76. J. L. Zimmerman, R. K. Bradley, C. B. Huffman, R. H. Hauge, J. L. Margrave, Chem. Mater. 2000, 12, 1361.
77. E. T. Mickelson, I. W. Chiang, J. L. Zimmerman, P. J. Boul, J. Lozano, J. Liu, R. E. Smalley, R. H. Hauge, J. L. Margrave, J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4318.
78. P. K. de Bokx, A. J. H. M. Kock, E. Boellaard, W. Klop, J. W. Geus, J. Catal. 1985, 96, 454.
79. E. Boellaard, P. K. de Bokx, A. J. H. M. Kock, J. W. Geus, J. Catal. 1985, 96, 481.
80. A. Sacco, Jr., F. W. A. H. Geurts, G. A. Jablonski, S. Lee, R. A. Gately, J. Catal. 1989, 119, 322.