氢气由于储量大、效率高、无污染、可持续被作为传统化石燃料的替代品,因此高纯氢的制备和高效产氢催化剂的开发及利用备受关注。传统的工业制氢的方式主要通过化石燃料的燃烧,在这一过程中不可避免的产生不利于后续反应进行的CO。而水煤气变换（CO+H2O=CO2+H2,WGS）反应被广泛用于消除合成气中的CO,是传统制氢的必经过程。除了利用WGS反应除去反应气中的CO获得高纯氢外,不少研究者还采用具有高储氢密度的氨分解制氢获得不含CO的高纯氢。然而考虑到贵金属催化剂在大规模和低成本的工业应用中存在限制,研发出高效稳定且结构清晰的非贵金属催化剂始终是当前研究的焦点。经过充分的文献调研后,我们发现钴基催化剂在WGS反应及氨分解反应中具备一定的催化活性,但由于钴基催化剂的结构复杂并缺乏一定的原位表征手段,目前对催化剂在催化反应中的构效关系仍然有待确认;同时对于非贵金属钴基催化剂来讲,其活性和稳定性有待进一步提升。因此我们采用超声喷雾法成功制备了具备优异催化性能的钴基催化剂,同时加入稀土氧化物CeO2和Sm2O3以实现活性和稳定性的进一步提升。此外还采用一系列原位及非原位表征手段确定了反应中催化剂的物相变化、组分之间的相互作用,指认了催化剂在反应中的活性位点。具体研究内容如下:1、对于氨分解制氢来讲,是一个吸热反应,钴基催化剂通常需要在较高的温度下（通常是600℃以上）才能达到完全转化。在此,我们通过超声喷雾法合成各种不同含量的CoaSmbOx催化剂,其氨分解反应活性在加入钐元素后明显提升,同时,我们发现催化剂中Co:Sm为7:3时为最优配比,其催化氨分解的活性最佳,在空速23 000 mLgcat-1 h-1下,550℃时可以转化完全。该催化剂由于Sm的加入具备长期稳定性,展现出优异的催化性能。我们通过TEM和SEM对催化剂的形貌进行表征,发现CoaSmbOx具有固定的形貌和良好的分散性。同时结合H2-TPR和in-situ XRD,我们进一步发现钴和钐之间存在影响钴氧物种还原性的相互作用。利用in-situ Raman表征,发现Co0是CoaSmbOx催化剂在氨分解中的活性物种。此外,通过NH3-TPD实验,观察到Sm的添加有助于NH3的在催化剂上的吸附。最终,我们成功地通过超声喷雾法获得了具有高活性和良好稳定性的CoaSmbOx催化剂;结合多种表征手段,探索了氨分解反应过程中的活性物种,确定了催化剂在氨分解反应中的构效关系。2、对于WGS反应来讲,由于该反应难以自发进行,寻找合适的催化剂对于该反应的发生是十分重要的。我们采用超声喷雾法合成了复合型CoaCebOx催化剂,结合TEM、SEM、XRD、Raman等表征,确定了催化剂的形貌和物相变化。该类催化剂结构稳定且各元素之间高度分散,在WGS反应中展现出极高的活性,活性最优的催化剂在240℃,空速42 000 mL gcat-1 h-1的反应条件下,CO转化率达到90%以上。同时,该催化剂在300℃下的反应速率高达312.5μmol gcat-1s-1,高出许多非贵金属催化剂甚至贵金属催化剂数倍。通过长期稳定性测试,在长达100多小时的高空速下持续反应中,催化剂未发生明显的失活,表明了该催化剂具备很好的抗烧结能力。随后结合H2-TPR、ex-situ/in-situ XPS、in-stuRaman等表征发现CoaCebOx催化剂中CeO2的存在使得Co3O4更难还原至单质Co,其在WGS反应中的活性物种为CoO。结合在线质谱检测催化剂的表面反应,通过TPSR实验表明CoaCebOx催化剂表面不能直接解离水生成H2,排除了氧化还原机理,进一步结合Ar-TPD等手段验证了该催化剂在WGS反应中遵循协同机理。