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化石燃料的大量使用造成的温室效应以及大气污染等问题已经成为制约人类乃至全球生态环境健康发展的重要难题。在致力于寻找可替代能源的同时,对化石燃料的清洁高效利用也是应对环境危机的重点。煤气化等技术对促进化石燃料的综合利用、改善当前资源紧缺状况,并减少环境污染具有重要意义。化学链燃烧（CLC）技术作为一种先进的CO2捕集技术,通过具有氧传递功能的氧载体（OC）与燃料直接接触反应,实现了能量的梯度利用,同时避免了空气混合的直接燃烧所造成的高额CO2分离捕集成本以及NOx等污染物释放。化学链气化（CLG）是从CLC发展出来的新型气化技术,其目标产物是合成气而不是热量。作为化学链技术的关键因素,氧载体的性能研究与开发一直是学者研究的重点问题。本文针对化学链气化的钙铁复合氧载体进行了系统地探究。首先用浸渍法制备了四种不同配比的CaO/Fe2O3复合氧载体,并对新鲜氧载体进行了表征,结果发现CaO与Fe2O3结合主要形成了CaFe2O4和Ca2Fe2O5两种新的晶相结构,CaO的参与提高了Fe基氧载体比表面积和孔隙结构,但降低了其机械强度。利用HSC软件对CaFe2O4和Ca2Fe2O5两种新的物相参与常规燃料的反应结果发现,CaFe2O4的还原伴随着Ca2Fe2O5生成,而后者对于固体燃料的转化能力要强于气体燃料。利用热重分析仪（TGA）和化学吸附仪分别研究了四种CaO/Fe2O3氧载体与H2和C的反应情况,发现CaO的参与对Fe基氧载体的还原过程有较大的影响,其中FeCa50氧载体（Fe2O3与CaO的摩尔比为1:1,主要成分为CaFe2O4）在反应前期与Fe2O3展现出相似的化学性质,而反应后期则与FeCa70（Fe2O3与CaO的摩尔比为7:3,主要成分为Ca2Fe2O5）的反应情况相似,其中后者反应性能较差。利用批次流化床和固定床,我们对四种CaO/Fe2O3氧载体参与煤和煤焦的化学链气化过程以及产氢能力和CO转化能力进行了探究。结果表明CaO的参与可以显著提高Fe基氧载体的产氢速率。FeCa50氧载体在与煤和煤焦的反应过程中展现出较好的碳转化速率以及产气品质,同时其还原产物Ca2Fe2O5对于水蒸气下CO的转化有明显的催化作用,因此更适合在化学链气化中的应用。在热重上通过20次的氧化还原循环测试表明了CaFe2O4氧载体较强的热稳定性,在对其不同工况下的研究中发现当温度为900℃、O/C为1时,燃料在保证较快的转化速率的同时,也有较高的产品品质和H2/CO值。在CO2作为气化剂的实验中,CaFe2O4依然展现出较高的煤焦催化转化以及CO产出能力。系统过程模拟的分析显示,CaFe2O4在实现化学链自热平衡的同时也获得了较高合成气的产出。