在甲烷氧化偶联反应中,关于催化剂表面参与活化甲烷的活性氧物种及其本质至今仍存有争议。本论文以20mol%SrF₂/La₂O₃和50mol%SrF₂/Nd₂O₃催化剂为研究对象,采用O2-TPD、脉冲实验、原位Raman、原位IR和EPR等表征技术对催化剂表面的甲烷氧化偶联反应的活性氧物种进行深入的研究,并采用18O2同位素交换实验进行确证。20mol%SrF₂/La₂O₃催化剂的脉冲实验结果表明,晶格氧不直接参与甲烷氧化偶联反应,气相氧的存在是催化剂获得高活性的基本要素。间隔脉冲氧与甲烷的实验进一步证实了晶格氧不直接参与甲烷氧化偶联反应。原位IR光谱表征结果表明,20mol%SrF₂/La₂O₃催化剂在700°C时经O2预处理后在1120 cm^-1附近检测到可归属为超氧物种O₂^-的O-O伸缩振动峰。随着温度降至50°C,位于1120 cm^-1附近的谱峰位移至1130 cm^-1附近。通入18O2同位素后,原先位于1130 cm^-1附近的谱峰强度下降,同时在1095 cm^-1和1064 cm^-1附近检测到分别指认为（O16-O18）?物种和（O18-O18）?物种的吸收峰,这进一步确证了位于1130 cm^-1附近的谱峰为O₂^-物种的吸收峰。在700°C时,O₂^-物种能够活化甲烷生成乙烯,而且O₂^-物种的消耗量和乙烯的生成量呈很好的消长对应关系。当在预吸附氧后的催化剂上切入反应混合气时,乙烯的生成量较单纯通甲烷时高,并且检测到O₂^-物种,说明O₂^-物种能够在反应条件下动态存在。因此,O₂^-物种被认为是20mol%SrF₂/La₂O₃催化剂上活化甲烷的活性氧物种。预吸附氧后的20mol%SrF₂/La₂O₃催化剂经EPR表征,检测到gxx=2.0001,gyy=2.0045,gzz=2.0685的可归属为O₂^-物种的信号。这些结果表明,在700°C时O₂^-物种不仅能够稳定存在,而且能够活化甲烷生成乙烯,因此O₂^-物种是20mol%SrF₂/La₂O₃催化剂上甲烷氧化偶联反应的活性氧物种。对于50mol%SrF₂/Nd₂O₃催化剂,相应研究结果也表明O₂^-物种是甲烷氧化偶联反应的活性氧物种。