本文采用溶胶-凝胶法制备了CaO基CO2吸收剂和“反应-吸收”集成一体的双功能催化剂，并将其分别应用于高温CO2捕集和甲烷水蒸汽重整制氢反应体系。首先，制备了一系列掺杂不同惰性物质（含Al、Zr、Si、Ti、和Mg的化合物）的CaO基CO2吸收剂，考察了主要制备参数和吸收-再生条件对CaO基吸收剂性能的影响。通过对吸收剂的结构表征及其CO2吸收性能的评价，结果表明，惰性物质的加入对CaO基吸收剂的稳定性具有积极作用，有利于稳定吸收剂的微观结构。在众多CaO基吸收剂中，掺杂CaZrO3的吸收剂表现出最佳的CO2吸收性能，经过30个连续的“吸收-再生”周期后，其CO2吸收容量基本上没有变化，这主要归结于它的微观结构:较小的颗粒粒径、相互连通的多孔结构以及CaO和CaZrO3在吸收剂中的均匀分布。其次，制备了Ni/CaO-CaZrO3双功能催化剂，考察了Ni负载量和CaO/ZrO2质量比对催化剂结构和性能的影响。研究发现，当Ni含量为15w t％且CaO/ZrO2质量比为4时，Ni/CaO-CaZrO3在10个“反应-再生”循环中表现出稳定的CO2吸收性能和甲烷水蒸气重整制氢性能。然而，经过90个循环后，催化剂的稳定性显著下降，这主要是因为在长周期循环过程中催化剂表面因CaO颗粒烧结而覆盖了一层光滑且较为致密的外壳，从而导致CO2扩散阻力增加。最后，对失活的双功能催化剂进行再活化处理，结果表明，低温水合和充分碳酸化是恢复催化剂活性的两种有效方法。