温室气体导致的环境问题和过多能源消耗引起的能源短缺问题是当今全球面临的两大主要问题。甲烷（CH4）对温室效应的影响大约是二氧化碳（CO2）的30倍,长期的CH4积累直接造成了严重的环境问题。甲烷催化转化可以有效地提高CH4的利用率并减少不必要的大气污染和能源消耗。其中,甲烷催化燃烧被认为是一种替代传统火焰燃烧清洁利用能源的有效方法,光驱动甲烷干重整（dry reforming of methane,DRM）利用太阳能将两大温室气体（CH4和CO2）转化为用于合成高附加值产品的合成气。虽然贵金属负载型催化剂在甲烷催化转化中表现出较好的催化活性,但是苛刻的反应条件容易造成催化剂烧结或者积炭失活。因此,开发稳定高效的催化剂是当前甲烷催化转化的研究重点。本文设计合成了氧化镧（La2O3）负载型Pt基单原子催化剂（single-atom catalysts,SACs）和纳米颗粒（nanoparticles,NPs）催化剂,并用于甲烷催化转化性能研究。主要研究结果如下:1.通过高温煅烧合成La2O3负载Pt含量近6 wt.%的SACs并用于甲烷催化燃烧性能研究。本文主要利用碳物种存在时La2O3的高温再生性质将Pt NPs分散为Pt负载量～6 wt.%的单原子。所制备的SACs在空气气氛下于800 ℃焙烧5天后,Pt物种仍以单原子形式存在,说明所制备的SACs极其稳定。高温甲烷氧化反应可以驱动Pt NPs原子化,且催化剂的催化活性随着单原子的形成而提升并最终达到和所制备SACs一致的活性。该SACs的CH4转化率至少在10 h的反应中保持稳定。此外,将所得到的SACs作为活性组分前驱体与常用的CeO2载体结合可以提高其催化性能并抑制副产物的生成。当温度为700 ℃时,商业CeO2和沉淀法制备的CeO2掺杂SACs后其CH4转化率分别从31%和12%提升到71%和82%。在CH4转化率接近40%的温度长时间活性测试中,其催化活性在10 h反应中保持稳定。2.通过不同方法合成Pt NPs负载型催化剂（Pt/La2O3和Pt/La2O3-S）并用于无外部加热条件下的光驱动DRM性能研究。和Pt/La2O3-S相比,Pt/La2O3在催化活性和稳定性方面都表现出明显的优势。当催化剂表面温度达到700 ℃时,Pt/La2O3-S在20 h反应内合成气产率降低21%,而Pt/La2O3上的合成气产率在长达200 h的反应中保持稳定,此外,Pt/La2O3在光驱动DRM反应中合成气产率和选择性分别为其热催化的3.0和2.1倍。相关的化学吸附和原位红外光谱等表征表明,光照激发产生的热电子和氧空位促进CH4和CO2的活化从而提升催化活性,这同时也促进了产物H2的脱附并抑制副反应的发生从而提升了反应选择性。