1、由于經濟或地理因素的限制，以甲烷為主要成分的邊際天然氣無法得到有效利用，將甲烷低溫活化制備甲醇等易于運輸?shù)母吒郊又狄簯B(tài)化學品是實現(xiàn)邊際氣充分利用的有前景的途徑之一。雖然甲烷低溫活化技術已經有了大量的實驗報道，但至今仍未研發(fā)出具有經濟性的工業(yè)化路線，且相關機理認識仍然不足。本文旨在提高對甲烷液相催化氧化和甲烷鹵化反應機理的認識，用于指導新工藝路線的設計。
　　采用 DFT理論對在甲烷液相催化反應中具有良好化學穩(wěn)定性的離子液體陽離子的

2、結構進行了機理研究，指出了離子液體的化學穩(wěn)定性與體系總能量間無直接關系，對陽離子前線軌道的分析結果指出含氮雜環(huán)化合物的芳香性結構使得原本較弱的 N-N鍵得到強化，因此[pyraz]+和[1-mpyraz]+更穩(wěn)定。而[1-mim]+從HOMO到LUMO的能級差的值最小，說明其最容易發(fā)生化學變化。對體系中各物質1HNMR的理論計算結果輔助了實驗譜圖的辨析并驗證了實驗結論。
　　使用Simplex算法針對Shilov系統(tǒng)中甲烷上H/D

3、置換動力學研究發(fā)現(xiàn)CH4轉化為CH3D和CH2D2的反應幾乎同時發(fā)生，并且另外兩個C-H鍵會被繼續(xù)活化生成CHD3和CD4。即使避免D繼續(xù)深度取代H，甲烷的單一H取代產物選擇性的上限也只有50％。
　　對甲烷鹵化反應及加入 SO2后反應的機理研究發(fā)現(xiàn) SO2Cl-的生成能夠降低Cl-繼續(xù)活化C-H鍵的活性，首次發(fā)現(xiàn)了添加過量SO2可有效阻止CH3SO2Cl被進一步氯化，避免了甲基上的氫被氯進一步取代。該結論為顯著提高甲烷氯化反應制

4、CH3Cl的選擇性提供了新的工藝設計路線。但是，由于Br-和SO2Br-對C-H鍵活化的活性差異較小，所以過量SO2的添加在溴化反應中并無有效作用。
　　基于理論研究結果，提出了添加過量SO2將甲烷轉化為CH3SO2Cl，并將其進一步分解為CH3Cl來制甲醇的新工藝路線。CH3SO2Cl的催化分解實驗結果表明氯離子是起到催化作用的活性物質，利用DFT方法對Cl-、[1-mim][Cl]和Al2Cl7-三種催化體系的理論研究證明CH