原位制氢对质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的应用具有重要意义。从碳氢化合物(如甲醇、甲烷)制氢的方法有一定的局限性,因为其副产物COx(x=1,2)即使浓度很低也会严重影响电池的性能。由氨分解制取不含COx的氢源可作为重要的替代选择。另外,NH3分解法制氢较为经济,液NH3的存储和运输也很容易。NH3分解和合成NH3及NH3污染物消除的研究密切相关。这一反应的催化活性即使在873 K仍然较低,因此限制了其实际应用。Ru是贵金属中活性最高的氨分解活性组份,而Ni是贱金属中活性最高的。纳米粒子由于它内在的“表面效应”,对于多相催化很有吸引力。遗憾的是纳米粒子在较高的温度下不稳定,容易聚集,从而失去纳米粒子的固有优势。本论文研究的目标之一是通过在纳米粒子表面包裹一层多孔且稳定的壳层,提高纳米粒子的稳定性,使纳米粒子固有的表面效应得以保持。核壳结构材料由于独特的结构和物理化学性质引起了广泛的关注。当纳米粒子包裹上一层稳定的壳层后,核的稳定性得到明显提高,而被包裹的核的形貌、粒子大小、表面电荷、活性位暴露等也会发生相应改变。本论文立足于提高氨分解催化剂的活性和催化效率。发展了核壳结构纳米粒子(M@SiO2, Al2O3, MgO; M=Fe, Ni, Ru)并应用于氨分解制取不含COx氢源。通过调变制备参数,了解核壳结构催化剂的结构与物性的改变,以及对催化性能的影响,探讨了该类新颖结构催化剂的特点与反应机制,获得如下主要认识：1.以沉淀法和超声辅助溶胶凝胶法可以获得铁、镍、钌基核壳结构纳米催化剂,即在Fe、Ni、Ru等纳米粒子的表面包裹一层多孔的惰性材料,包括SiO2、Al2O3和MgO。2.核壳纳米粒子的包裹形态以及包裹效果与核的化学本性紧密相关。nano-NiO@SiO2, nano-RuO2@SiO2和nano-Ni@SiO2, nano-Ru@SiO2呈现多层多核核壳结构,一个大的壳层里面含有多个被包裹的纳米粒子,纳米粒子之间也有二氧化硅分隔,Ru比Ni具有更明显的形成多核核壳结构的趋势。而nano-Fe2O3＠SiO2和nano-Fe＠SiO2均为单层单核核壳结构,核壳纳米粒子基本为单分散态。3.通过多种物理化学表征手段研究了结构因素对催化剂氨分解活性的影响,发现包裹层的存在不仅显著增强了氨分解活性而且提高了催化剂的稳定性。尽我们所知,SiO2包裹的Ru纳米粒子nano-Ru＠SiO2以及La、Ce改性的nano-Ni+La(Ce)＠SiO2分别是Ru基和Ni基活性最高的氨分解催化剂。4.通过将核氧化物纳米粒子预浸渍和核壳结构后浸渍两种途径对核壳结构纳米催化剂进行了添加其它元素的改性研究。结果表明前一种途径具有更好的效果。对核壳纳米粒子酸处理,可以改善核壳之间的接触情况,调变核的粒径大小、核表面的暴露,也有利于助剂元素的引入。比较了不同助剂对核壳催化剂结构以及氨分解反应的影响。浸渍改性效应不仅与浸渍的金属元素种类和核的化学本性有关,还与引入金属元素的方式有关。对镍基核壳结构催化剂,添加La或Ce能显著提高催化活性；对钌基核壳结构催化剂,La、Ce的添加没有显示助促作用。添加Mo、K、Ba等元素显示出负效应。5.催化剂有效活性位的密度与多种因素相关,这些因素包括核壳的化学本性,核壳之间的相互作用,核的形貌和尺寸,核纳米粒子的分散性等。6.具有空腔的核壳结构为核纳米粒子提供了独特的反应微环境,其功能类似于微囊反应器。可使反应物氨分子在核与壳之间的空间富集,氨分子在核表面的吸附作用增强,与核纳米粒子表面活性位的碰撞几率增大,氨分解反应的速率显著提高。