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氢能已被广泛用作高效和清洁的能源。然而,氢气的储存和运输依然比较困难,使其实际应用成为巨大挑战。在所研究的储氢材料中,氨(NH3)具有高含氢量(17.7 wt.%),在相对温和的条件下可被液化,便于运输,同时可以通过哈伯(Haber-Bosch)法大量合成。而且催化氨的分解可以为质子交换膜燃料电池在线产生高纯的氢气,从而避免电池中Pt电极中毒,大大提高了电池的效率,同时未完全转化的氨气可通过吸附剂来移除。因此,催化氨的分解来获得高纯氢是一种很有发展前景的制氢方法。然而,目前为止,在相对较低的温度利用氨的分解产生高含量的氢气仍然具有挑战性。因此,本论文通过优化制备方法,使用助剂,选择合适的载体等方法,合理设计高活性的氨分解催化剂,并通过各种表征方法,考察催化剂的结构特征,同时对其在氨分解反应中的构效关系进行深入研究,从而更好的理解催化行为本质,这为以后制备高效的催化剂提供了依据。本论文主要分为以下四部分工作:1.以高比表面积的多孔活性炭为模板,通过两步等体积浸渍策略合成了一系列Co-SiO2复合催化剂,通过氮气吸脱附、非原位/原位X射线粉末衍射技术、透射电子显微镜等表征技术详细研究了催化剂的结构。在Co-SiO2复合催化剂中,Co物种均匀地分散在Si02基质中。氢气程序升温还原技术研究了催化剂的还原性质。相应条件下的原位X射线粉末衍射技术研究了各催化剂在还原过程中的相变。这证明了Co物种与Si02之间具有较强的相互作用,这种相互作用可以有效的抑制Co物种在高温煅烧和氨分解反应中的团聚。在氨分解反应中,Co-SiO2复合催化剂的活性物种是CoO和Co单质。我们制备的复合催化剂表现出较高的催化活性和高温稳定性,其活性远高于文献中已报道的过渡金属催化剂。在温度为600℃,空速为124,000 cm3 gcat-1 h-1的测试条件下,其氨的转化率可以达到80%。而且在48 h的稳定性测试中,氨转化率基本没有变化。2.采用简单的两步沉积沉淀法合成了MgO负载La为助剂的过渡金属(Fe,Co,Ni)催化剂,过渡金属纳米颗粒以及助剂La物种都均匀地分散在MgO载体的表面。氮气吸脱附、透射电子显微镜、原位/非原位X射线粉末衍射、程序升温还原/脱附等表征方法详细研究了催化剂的构效关系。结果显示过渡金属与载体之间具有较强的相互作用,这种相互作用可以使催化剂维持稳定的结构,有效的抑制活性物种在氨分解反应过程中的烧结。La物种作为结构助剂,只是增加了催化剂中活性位点的数目,使得催化剂对NH3的吸附解离能力增强,从而促进了反应的进行。这种过渡金属催化剂表现出了非常高的氨分解活性,远远高于文献中已报道的同类催化剂,同时催化剂具有很好的高温稳定性。采用加入助剂来提高催化剂催化活性的方法,为制备高效的催化剂提供了依据。3.采用胶体沉积法制备了二氧化铈纳米棒负载的Ru单原子催化剂,然后在550℃用高纯NH3还原后,得到了尺寸均匀,热稳定的Ru团簇催化剂。Ru团簇催化剂具有非常高的活性和稳定性,其氢气生成产量在450℃时可以达到9,924 mmolH2 gRu-1 min-1,这个值比文献中已报道的活性催化剂的氢气生成产量高一个数量级。采用球差校正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜、氮气吸脱附、X射线吸收精细光谱、X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、程序升温还原/脱附、原位/非原位的拉曼光谱、原位漫反射傅里叶变换红外光谱等表征方法,对催化剂在氨分解反应中的构效关系进行深入研究,发现Ru团簇与CeO2协同作用,Ce02对NH3有一定的吸附能力,稳定的Ru团簇可以促进NH3的吸附解离。这种由还原单原子制备均匀团簇的方法,为制备高效的催化剂提供了一个有前景的策略。4.采用胶体沉积法制备了高比表面积的Ru/MgO催化剂,并通过X射线粉末衍射、程序升温还原/脱附、透射电子显微镜、氮气吸脱附等表征方法详细研究了催化剂的结构。Ru物种高度分散在载体的表面,同时Ru物种与MgO载体之间具有较强的相互作用,可以有效的抑制Ru物种和MgO载体在氨分解反应中的烧结。采用胶体沉积法制备的Ru/MgO催化剂具有较高的催化活性和优良的高温稳定性,其活性远高于文献中已报道的其他方法制备的Ru/MgO催化剂。这种制备Ru基催化剂的方法,为制备高效的贵金属催化剂提供了有前景的策略。