甲烷化学链技术通过氧载体的循环与氧传递,能够将传统的气体共进料CH₄-CO₂重整或CH₄-O₂部分氧化解耦为在不同时间或不同空间进行的两个子反应,极大地有利于反应过程的调控:以氧载体中的晶格氧代替气相氧与CH₄反应,可直接获得氢碳比为2的合成气,且可以避免昂贵的纯氧的使用,当以CO₂为氧化剂时还可兼得CO。本论文主要从甲烷化学链反应过程的调控和氧载体的优化设计两方面展开研究,具体工作如下:ⅰ)采用两步法制备了BaFe₃Al₉O₁₉六铝酸盐氧载体,通过改变O₂再生时间调变其在甲烷化学链部分氧化（简称CLPOx）制合成气反应过程中的活性和循环稳定性。结果表明反应温度为900℃时,随O₂再生时间的缩短（15→4.2min）,CH₄的转化率和CO的选择性明显增加;当再生时间为4.2min时,CH₄的转化率为88%,CO的选择性为88%,没有明显的积碳。通过系列表征揭示了缩短再生周期对性能提高的原因:（1）用于活化甲烷完全氧化的Al（1）、Al（2）和Al（3）位点中Fe³⁺（Fe¹、Fe²和Fe³）减少;（2）用于甲烷部分氧化反应的Fe²⁺还原成Fe⁰的增加;（3）较短再生时间（5和4.2min）时产生的表面未被氧化的Fe⁰能够作为反应初期CH₄和CO₂干重整的催化剂,进而提高了CO选择性。ⅱ)采用碳酸铵共沉淀法制备了不同担载量的xwt%Pt/CeO₂（x=0,0.1,0.5,1,1.5）氧载体,探究其用于甲烷化学链干重整（简称CL-POM-CO₂）制合成气反应过程中的活性和循环稳定性。结果表明反应温度为700℃时,随着Pt含量的增加（0→0.5）,CH₄的转化率和合成气的选择性明显增加,继续增加Pt的含量（0.5→1.5）,其性能差异不大。当Pt质量分数为0.5%时,性能最优,CH₄的转化率为77%,CO的选择性为96%,氢碳比为2,合成气的产量为4.24mmol/g,CO₂的转化率为97%。通过系列表征揭示了性能和结构的构效关系:贵金属Pt以Pt⁰状态的存在,并未改变铈基氧载体的结构,但使其氧空位发生了显著变化,进而促进了铈基氧载体的低温氧化还原活性,而当Pt位点暴露过多时,反应过程因部分Pt颗粒烧结导致性能差异不大。ⅲ)采用碳酸铵共沉淀法制备了0.5wt%Ni/CeO₂氧载体,采用湿法浸渍制备了8.8wt%Ni/CeO₂氧载体,将其与0.5wt%Pt/CeO₂氧载体在CL-POM-CO₂制合成气中进行了低温稳定性的对比。结果表明反应温度为700℃时,Pt、Ni都有利于甲烷的活化作用,但是Ni容易导致甲烷裂解产生积碳,从而生成H₂/CO比远大于2的合成气。为了考察Pt改性的铈基氧载体中Pt对CH₄/CO₂这种小分子的活化作用,通过系列表征初步探索了Pt对甲烷化学链干重整过程中的作用机制:Pt有利于低温CO₂裂解和合成气共产的催化作用。