煤气化制氢为煤资源转化为化学能提供了一种清洁途径,是一种较为成熟的工业制氢方法。构建高效、节能的水煤气变换（water-gas shift,WGS）催化反应系统具有良好的应用前景。目前,该能源技术中常以热催化驱动WGS反应,这一反应过程需要较高的温度,造成了较高的能耗生产成本。采用太阳能驱动WGS反应,替代传统的热催化工艺,可以大幅度降低生产能耗。太阳能驱动催化剂进行催化反应有光催化和光热催化两种方式。在光催化反应中,光子将半导体上价带中的电子激发到导带上,光激发空穴保留在价带,电子和空穴分别进行氧化还原反应。光热催化反应中,催化剂能够将太阳光转化为热能,进而驱动热催化反应。本文利用铜基催化剂在光驱动下进行WGS反应,主要结果及结论如下:1.采用了浸渍法制备了CuO_x/Al₂O₃催化剂和贵金属基催化剂。测试了不同Cu负载量和不同烧结温度的催化剂的反应活性。结果得出,300℃下制备的Cu质量分数为19%的铜基催化剂CuO_x/Al₂O₃具有最优异的催化性能,产出H₂速率为122μmol g^-1_cat s^-1,CO转化率超过95%,在八次循环后该催化剂活性没有明显下降,体现其良好的稳定性。该催化剂性能比贵金属基催化剂（Au/Al₂O₃和Pt/Al₂O₃）更优越。这种太阳能驱动的WGS工艺不需要消耗任何电力和化石能源,反而实现了1.1%的光能储能效率。2.探究了太阳光驱动下CuO_x/Al₂O₃催化剂进行WGS反应的反应机理,采用粉体X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外吸收光谱等表征手段全面研究了材料的成分、形貌和光物理性质。由包括不同光谱下的催化性能表征、原位电子自旋共振谱、固-气界面牺牲剂淬灭载流子实验、光致发光光谱等表征研究反应机理,可总结:（1）CuO_x/Al₂O₃催化剂对包括紫外、可见和大部分红外有良好的光吸收;（2）该催化剂主要利用可见光和红外光产生热效应;（3）紫外光激发半导体Cu₂O产生光生电子空穴促进光热催化过程。因此,太阳光驱动CuO_x/Al₂O₃催化剂进行WGS反应的高性能是由于光催化与光热催化的协同作用。本文首次利用光催化和光热催化的耦合来驱动WGS反应,二者的协同作用使得该催化过程较传统热催化更加高效、节能。本研究的发现揭示了光催化过程与光热催化耦合的重要性,对未来太阳能的高效利用提供了有益借鉴。