本文以液体燃料甲醇分布式现场重整制氢系统开发为研究背景,研制用于甲醇水蒸气重整制氢体系的优良铜基催化剂,最终实现甲醇水蒸气重整制氢催化剂在小型分布式现场制氢集成系统中的应用。围绕铜基催化剂,通过对载体、制备方法和反应机理的系统研究,开发出具有优良活性,选择性和稳定性的催化剂,并揭示了催化剂性能改善的原因。通过添加不同载体对CuO/ZnO催化剂进行了改性,借助XRD、 TPR、 OSC、N2O滴定、XPS等表征手段,揭示了催化剂的活性主要与催化剂表面铜的分散情况和还原性能有关,而催化剂的选择性则与催化剂的储放氧能力密切相关。添加Zr02为载体后,能大幅度提高铜的分散度和改善铜的还原能力,进而提高了铜基催化剂的活性。添加Ce02为载体后,能提高催化剂的储放氧功能,进而降低重整气中的CO含量。应用CeO2-ZrO2复合氧化物为载体,既能提高铜的分散度又能提高催化剂的储放氧功能,进而表现出了优良的性能。另外,铈锆固溶体还具有常温下可以促进甲醇的脱氢解离,提高反应的转化速率,加快甲醇水蒸气重整反应。系统研究了共沉淀制备CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂的沉淀条件,结果发现,沉淀过程主要影响了铜晶粒的大小、分散和还原情况,进而对催化剂的活性和选择性造成显著的影响,综合考虑催化剂重整活性和CO选择性,当前驱体浓度为0.1mol/L,沉淀剂浓度为0.5mol/L,沉淀温度为60℃,搅拌时间为2h和陈化时间为12h时,催化剂的性能最佳。应用完全要因实验设计方法,对甲醇水蒸气重整制氢过程中的反应温度、水醇比和甲醇气体空速三个因素进行了优化。结果表明反应温度对甲醇转化率和重整尾气中CO含量的影响最为显著,当反应温度在249-258℃,水醇比1.76-2.00,催化剂的性能最佳。将CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂应用于小型反应器内,对催化剂在反应器内的性能进行了研究,结果表明反应器在室温下即可启动催化燃烧反应,启动时间小于60min,在150h的稳定性实验中,催化剂表现出良好的性能,无明显失活现象,多次开停车,并未对催化剂和反应器产生明显影响。借助原位红外测试技术对甲醇水蒸气重整制氢在CuO/ZnO/CeO2/ZrO2催化剂上的反应机理进行了研究,阐明了甲醇水蒸气重整制氢是由甲醇脱氢解离和转化,甲酸甲酯转化,以及逆水气变换三个过程组成的,中间过渡产物为甲酸甲酯。另外,重整温度在300℃以下时,CO主要是由逆水气变换反应产生的；当重整温度达到300℃以上时,CO是由逆水气变换反应和甲醇分解反应共同产生的。