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氢气作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,广泛应用于能源、化工、炼油、冶金和航天等领域。现阶段氢气主要通过天然气重整的方式进行工业生产。随着全球能源形势愈加紧张,环境污染问题日益严峻,传统工业天然气制氢技术越来越难以满足工业生产的需求。在此背景下,钙铜耦合吸附强化甲烷水蒸气重整制氢技术应运而生,它通过耦合钙基材料的CO2吸/脱附及铜基载氧体的氧化/还原两个循环过程,不仅提高了反应系统的制氢效率,还解决了钙基吸附剂再生过程中的能量自供应问题,从而为天然气的清洁高效利用提供了广阔的发展前景,在工业原料的提供、能源有效转化以及全球环境保护等方面具有积极意义。因此有必要深入研究该反应体系中的各个反应过程,并开发高效的功能材料,为其未来的工业应用奠定坚实的理论基础。本文首先基于吉布斯自由能最小化方法对反应体系中不同反应温度、压力、S/C比例下的产物进行了热力学平衡态计算与分析,深入研究了CaO基CO2吸附材料的存在对传统制氢反应体系的影响规律,并进一步对SESMR反应条件进行了系统优化,这为进一步的实验研究提供了理论指导。其次,本文对常用Ni基催化剂与Cu基载氧体在实际反应中的兼容性进行了首次的实验研究与报道。采用共沉淀法、溶胶凝胶法与湿混合法制备了高铜含量的NiO/CuO复合材料,并通过固定床反应器测试了其催化活性。结果表明,NiO/CuO材料间存在较强的相互作用,会极大降低Ni的重整催化活性,且即使CuO含量降低至1 wt.%时,其存在同样会对Ni/Cu复合材料产生负面影响,从而使Ni基材料的催化活性随着CuO含量增加或者样品制备煅烧温度升高而急剧下降。通过一系列表征技术的运用（SEM-EDS,TEM,BET,XRD,TPR和XPS）,进一步研究和分析了NiO和CuO之间的相互作用规律,并在此基础上提出了其相互作用的机制模型。此外,针对该现象提出了载氧体与催化剂的颗粒直接混合方案,以避免CuO和NiO紧密接触对反应产生负面影响。经活性测试,采用这种方案的催化剂可以表现出优越的的重整催化性能,同时不影响各材料在钙铜耦合制氢技术中的功能表达。