氧气作为一种重要的化工原料,在工业生产及日常生活都着广泛的应用,其需求量也在逐年增长。目前常用的空分制氧技术存在制氧能耗高、成本高等问题,而化学链空气分离制氧技术是基于化学链燃烧技术提出来的一种新型制氧技术,制氧纯度高,能耗仅为深冷法制氧的26%,符合我国节能减排的发展要求,具有广阔的应用前景。载氧体的性能研究已经成为化学链空气分离制氧技术中最重要的一部分,制备制氧性能好、机械强度高、抗烧结能力强、成本低、环保的载氧体一直是人们研究和关注的重点。目前,对载氧体性能的研究大多是通过实验手段,而微观反应机理的研究很少。因此本文以铜锰、铜铁复合金属氧化物载氧体为研究对象,旨在解决铜基、锰基、铁基单金属载氧体单独使用的缺点,将实验方法与理论研究相结合,从宏观和微观两个方面对载氧体性能进行研究。本文主要研究内容和结论如下:(1)使用热重分析仪,对机械混合法制得的铜基复合载氧体进行化学性能测试,研究发现:CuO/Mn2O3/ZrO2载氧体的最佳配比为1.5:1:1、2:1:1、CuO/Fe2O3/ZrO2载氧体为2:1:1;随着升温速率的增加,反应温度升高,反应时间缩短,反应速率加快;随着反应浓度的增加,释氧反应的温度升高,时间缩短,反应速率加快,氧气浓度对吸氧反应影响不大;随着反应温度的升高,反应时间缩短,反应速率加快;15次循环反应过程中,载氧体释氧和吸氧反应过程中反应量基本保持不变,说明载氧体能够保持良好的反应性和循环稳定性。(2)基于物相分析、表面形貌和能谱分析等表征手段,研究了其反应前后物理性能的改变,研究发现:复合载氧体制备过程中,活性成分与惰性载体未发生反应,活性成分CuO与Mn203和Fe203反应分别生成具有放氧性能的CuxMn3-x04和CuFe204;三种载氧体抗烧结性能大小关系为:Cu/Fe/Zr2:1：1>Cu/Mn/Zr2:1：1>Cu/Mn/Zr 1.5:1:1。(3)以热重实验数据为基础,筛选出三种铜基复合载氧体释氧和吸氧反应机理模型,释氧过程:Cu/Mn/Zr 1.5:1:1、Cu/Mn/Zr 2:1:1载氧体为化学反应模型C2,Cu/Fe/Zr2:1:1载氧体为收缩核模型(球对称)R2;吸氧过程:三种载氧体机理模型均为随机核化长大模型A1,求算了反应的活化能和指前因子,建立了动力学模型,为后续的相关研究及工业应用提供理论依据。(4)基于密度泛函理论,从微观层面系统的研究了 CuO团簇在Mn304、Fe203载体模型上的吸附反应机理。研究表明:CuO团簇吸附Mn304、Fe203表面模型活化能分别为-3.749eV和-6.136eV,表明CuO/Fe2O3模型具有更好的稳定性和抗烧结性能。另外,负载后,团簇的Cu-O键长伸长,电子发生转移,态密度峰减少,在费米能级附近具有离域性,团簇活性增强。