化石燃料燃烧过程中排放的CO₂是最主要的温室气体来源,开发高效的CO₂减排技术势在必行。H₂是一种理想燃料,其主要燃烧产物是水,不会造成环境污染。而化学链制氢（CLHG）是一种具有CO₂内分离特性的制氢技术,其结构简单、流程较短、无CO₂分离能耗,且可制得高纯度H₂,具有良好的应用前景。载氧体是影响CLHG特性的关键因素,其物化特性直接关系到整个制氢装置的制氢效率和H₂纯度。而CeO₂是一种具有储释氧能力及晶格氧快速迁移能力的萤石型氧化物,其已被广泛应用于氧化还原催化领域。可考虑将其作为“活性”载体来提高铁氧化物的循环反应活性,抑制积碳并提高H₂纯度。本文以提高H₂产量和纯度为目标,围绕Fe₂O₃/CeO₂载氧体的改性研究了以CeO₂为载体且以CO为燃料时,铁基载氧体在CLHG中的反应活性、循环稳定性及其内在作用机理。主要工作和研究结论如下:对比研究了CeO₂、ZrO₂和Al₂O₃等三种载体对铁基载氧体CLHG的影响及其与铁氧化物之间的作用特性。结果表明,Fe₂O₃/CeO₂是三者中最适于CLHG的载氧体,且在850°C时反应活性最高。循环后Fe₂O₃/CeO₂载氧体颗粒表面产生严重烧结,但其反应活性良好且依然稳定。当Fe₂O₃的质量比为60%时,Fe₂O₃/CeO₂载氧体的制氢性能最优。研究了离子半径较小(相对于Ce⁴⁺)的Zr掺杂对Fe₂O₃/CeO₂载氧体CLHG特性的影响。结果表明,ZrO₂与CeO₂载体相互作用形成了Ce_xZr_1-xO₂复合氧化物。Fe₂O₃/Ce_0.75Zr_0.25O₂是其中制氢性能最好的载氧体,固溶体Ce_0.75Zr_0.25O₂改善了载氧体的抗烧结特性和氧离子传导性能,而循环后Ce_0.75Zr_0.25O₂出现了ZrO₂相的分离,不利于载氧体反应活性的稳定性。此外,还研究了异价(相对于Ce⁴⁺)稀土金属（Y、Sm和La）掺杂对Fe₂O₃/CeO₂载氧体CLHG特性的影响。结果表明,载氧体Fe₂O₃/Ce_0.8Sm_0.2O_1.9综合性能相对最优。三种稀土金属均可溶入CeO₂晶格并提高载氧体反应活性。其中,Sm和Y可稳定存在于CeO₂中,而La易与铁氧化物结合形成形成LaFeO₃,降低了Fe₂O₃/Ce_0.8La_0.2O_1.9载氧体的反应活性。基于上述载氧体改性研究结果,以Fe₂O₃/CeO₂、Fe₂O₃/Ce_0.75Zr_0.25O₂及Fe₂O₃/Ce_0.8Sm_0.2O_1.9作为对照组,研究了Zr、Sm共掺杂对Fe₂O₃/CeO₂载氧体CLHG特性的影响。结果表明,Fe₂O₃/Ce_0.6Sm_0.15Zr_0.25O_1.925载氧体综合性能相对最优。Zr掺杂可显著提高载氧体抗烧结能力,而Sm掺杂主要从改善氧离子传输特性角度提高载氧体反应活性。循环后载氧体出现了Zr和Sm的出溶现象,并伴随形成Sm_0.5Zr_0.5O_1.75,不利于载氧体反应活性的稳定性。除化学改性外,载氧体的物理结构也是影响其CLHG特性的关键因素。研究了核壳结构对载氧体烧结及循环特性的影响。结果表明,核壳结构大大增强了载氧体的抗烧结特性。Fe₂O₃@CeO₂（核@壳）载氧体表现出了远高于Fe₂O₃/CeO₂的循环活性和稳定性。此外,CeO₂可促进铁氧化物纳米颗粒和壳体表面间的氧离子传输,进一步提高载氧体的反应活性。