随着全球经济的飞速发展,煤碳和石油等化石能源消耗速度加快,但其储量有限,终将枯竭。此外,化石类燃料的不洁使用导致日益严重的环境污染,人类生存环境恶化。甲烷是天然气和页岩气的主要成分,相比煤碳和石油类石化能源更清洁,且来源丰富。甲烷重整是实现甲烷高值转化的主要途径之一,其中甲烷水蒸气重整制氢是目前工业用氢的主要来源,全世界约有1/2的氢气通过该方法制取。Ni基催化剂因其初始活性高且价格低廉,被广泛用于甲烷重整制氢。但目前工业上使用的Ni基催化剂在高温反应条件下易积碳、活性Ni物种易聚集并最终导致Ni基催化剂失活。因此,本论文在深入理解甲烷重整反应机理的基础上,从调变催化剂载体结构和控制Ni颗粒尺寸等角度出发,设计制备了含不同A位或B位离子的A₂B₂O₇烧绿石型复合氧化物载体,负载Ni用于甲烷重整制氢。主要内容和成果总结如下:第一部分:设计制备了B位为Zr离子但A位含不同稀土离子的Ln₂Zr₂O₇载体负载Ni用于甲烷水蒸气重整制氢。XRD和Raman结果表明,当A位离子依次为La³⁺,Pr³⁺,Sm³⁺和Y³⁺时,A、B位离子半径比r_A3+/r _Zr4+逐渐减小,Ln₂Zr₂O₇复合氧化物从严整的烧绿石结构（La₂Zr₂O₇）,逐渐转变为无序的烧绿石结构（Pr₂Zr₂O₇和Sm₂Zr₂O₇）,直至形成无序度很高的缺陷的萤石结构（Y₂Zr₂O₇）,导致Ln₂Zr₂O₇结构中氧离子的无序性程度增大,流动性提高。H₂-TPR结果表明,活性组分Ni和无序性程度更大的Ln₂Zr₂O₇载体间的相互作用更强,从而导致Ni的分散度以及活性Ni物种的热稳定性更高。具有缺陷萤石结构的Y₂Zr₂O₇载体具有最多的活泼氧物种。因此,Ni/Y₂Zr₂O₇催化剂表现出了最高的反应活性、稳定性和抗积碳性能。第二部分:设计制备了A位为Y离子但B位含不同金属离子的Y₂B₂O₇载体负载Ni用于甲烷重整制氢。XRD和Raman结果表明,当B位离子依次为Ti⁴⁺、Sn⁴⁺、Zr⁴⁺、Ce⁴⁺时,A、B位离子半径比r_Y3+/r _B4+逐渐减小,Y₂B₂O₇复合氧化物从稳定的烧绿石结构（Y₂Ti₂O₇）,逐渐转变为无序的烧绿石结构（Y₂Sn₂O₇）,直至形成无序度很高的缺陷的萤石结构（Y₂Zr₂O₇和Y₂Ce₂O₇）。XPS结果表明,与Ni/Y₂Zr₂O₇和Ni/Y₂Ce₂O₇相比,Ni/Y₂Ti₂O₇和Ni/Y₂Sn₂O₇催化剂上具有更多的表面氧物种。H₂-TPR结果表明,与Ni/Y₂Zr₂O₇和Ni/Y₂Ce₂O₇催化剂相比,Ni或Ni₂Sn₃活性组分与Y₂Ti₂O₇和Y₂Sn₂O₇载体间具有明显更强的相互作用,从而将活性组分紧紧的锚定在载体表面并抑制其聚集,因此导致该两催化剂上活性金属比表面积更大、热稳定性更好。还原态Ni/Y₂Sn₂O₇催化剂上形成了Ni₃Sn₂物种,该物种显著提高了催化剂的抗积碳性能但明显牺牲了活性,因而限制了其工业应用前景。综上所述,Ni/Y₂Ti₂O₇催化剂表现出了最高的活性、稳定性和抗积碳性能。