能源是经济、社会发展的基础，随着世界各国对能源需求的不断加大，煤炭、石油等传统化石能源正面临枯竭的危机。同时以化石燃料为基础的能源系统也给全人类带来了一系列的威胁：环境污染、生态恶化、气候变化等。因此，寻找一种可再生、清洁、分布均衡的能源对人类社会发展至关重要。氢能以其燃烧值高、清洁无污染、可再生等优点而引起世界各国的广泛关注。氢虽然储量丰富，但其化学性质活泼，很难以单质形式存在，所以制氢是氢能利用的关键。在工业过程中，最常用的制氢方法是轻烃水蒸气重整，这种方法不仅会消耗紧缺的化石能源，还会排放大量CO₂，对环境不利。因此发展清洁的制氢技术势在必行。在众多的制氢方法中，热化学循环裂解水制氢被认为是最有希望实现规模化生产且环境友好的制氢方法。本实验室提出了一种制氢新工艺——铁氧化物热化学循环裂解水制氢。首先，高价铁氧化物Fe₃O₄与CO反应生成低价铁氧化物FeO和CO₂，该反应称为还原反应；然后，生成的FeO在同一温度与水蒸气反应生成Fe₃O₄和氢气，称该反应为氧化反应；还原反应产生的CO₂气体则与C发生反应生成CO，CO一部分回到反应器继续进行还原反应，一部分作为产品输出。与一般热化学循环裂解水制氢流程不同，本流程是水的不完全裂解，从而降低了能耗。整个过程只消耗碳和水，生成纯净的一氧化碳和氢气。前期的研究工作已经初步证实了该制氢工艺的可行性。目前该流程存在的问题主要是还原阶段反应速率较慢，还原反应与氧化反应不匹配。从而影响了循环连续性，产氢效率低。基于此，本论文重点对铁氧化物的还原过程进行了研究。首先，系统研究了Mo对铁氧化物还原反应的影响，并在添加Mo的基础上，又掺杂了Zn、Pb、Cd、Ce、Zr、Al和Sn的氧化物，考察了它们对铁氧化物还原反应的影响。结果表明，掺杂Ce可以显著缩短还原时间。然后，根据还原过程尾气浓度变化曲线将还原反应划分为三个阶段，采用XRD分析确定各个阶段的组成成分，并通过控制还原时间来控制铁氧化的还原深度，使铁氧化物在Fe₃O₄和FeO之间循环，极大地提高了反应效率。最后考察了Mo和Ce含量对铁氧化物对制氢的影响。