Quá trình oxi hóa hiđrocacbon có sử dụng xúc tác xảy ra theo hai giai đoạn:
đầu tiên hiđrocacbon được hấp phụ trên xúc tác, sau đó xảy ra phản ứng oxi hóa hiđrocacbon. Vì vậy, quá trình hấp phụ chọn lọc hiđrocacbon trên những vị trí hoạt
động của xúc tác và phản ứng của nó với chất xúc tác rất quan trọng trong quá trình oxi hóa hiđrocacbon.
Khi nghiên cứu quá trình oxi hóa CH4 bằng O2 với xúc tác CeO2 hay CuO/CeO2 cho thấy, sau khi được hấp phụ trên xúc tác, CH4 bị oxi hóa bởi các dạng oxi hoạt động trên bề mặt. Các dạng oxi hoạt động được sinh ra từ sự tương tác của dòng khí oxi với xúc tác ở nhiệt độ cao như: anion oxi mạng lưới bề mặt (surface lattic oxygen anion) và oxy chưa bão hòa phối trí bề mặt (surface coordinatively unsaturated oxy). Ái lực cao của các oxi chưa bão hòa phối trí bề mặt gây ra tương tác mạnh với CH4 hay các hiđrocacbon nhẹ khác làm cho liên kết C-H trở nên kém bền và dễ dàng tạo thành CO2 và H2O ở nhiệt độ cao. Chính vì vậy, sự hấp phụ CH4
trên CeO2 sẽ bị giảm mạnh khi CeO2 bị khử do thiếu các dạng oxi bề mặt và oxi chưa bão hòa phối trí bề mặt [110, 123].
Khi nghiên cứu quá trình oxi hóa hoàn toàn propan (C3H8), nhiều công trình chỉ ra rằng: ban đầu C3H8 được hấp phụ trên bề mặt xúc tác, sau đó nó được hoạt hóa bởi cả CeO2 và CuO. Khi phân tán CuO trên CeO2 đã tạo thành hai dạng oxi hoạt động trên cả hai pha CuO và CeO2, đồng thời sự có mặt của CeO2 trong xúc tác làm tăng khả năng oxi hóa khử của các ion đồng. Sau khi dùng hai dạng oxi hoạt
15
phản ứng với oxi ở pha khí. Khí CO2được tạo thành trên cả CuO và CeO2, rồi thoát ra ngoài [23, 51, 119].