氢气是一种优质清洁能源,可通过燃料电池转化为电能,具有高效、无污染等特点。与传统甲烷水蒸气重整制氢相比,甲烷裂解可得到不含COx的纯净氢气,同时生成碳纳米材料如碳纳米管（CNTs）或碳纳米纤维（CNFs）,因而受到了广泛关注。镍催化剂对甲烷裂解具有较高的活性,但在反应过程中易因碳包裹而失活,因此,如何制备高活性、高稳定性的镍催化剂是当前的研究焦点。本文采用类水滑石为前驱体制备了系列镍基催化剂。首先,以Ni–Al HTlcs类水滑石为前驱体,经焙烧和还原处理制备Ni催化剂,考察Ni含量和焙烧温度对甲烷裂解性能的影响;其次,往Ni催化剂引入Fe、Co、Cu制备Ni–Fe、Ni–Co、Ni–Cu合金催化剂,并进一步改变Cu含量制备不同组成的Ni–Cu合金催化剂,考察合金的种类和组成对甲烷裂解性能的影响。采用同步热分析仪测试催化剂甲烷裂解性能,结合N2物理吸附、XRD、H2-TPR、XPS、STEM、TEM和Raman等手段对催化剂结构及生成碳进行表征,所得主要结果如下:（1）Ni–Al类水滑石经焙烧后主要生成Ni（Al）O固溶体,经800℃氢气还原后得到平均晶粒尺寸为4–24 nm的Ni金属纳米粒子。550℃甲烷裂解催化反应结果表明,Ni含量对碳产率有较大影响,而焙烧温度对碳产率的影响较小。其中,碳产率随着Ni/Al摩尔比增大呈火山型变化,当Ni/Al=3时,碳产率最高。反应温度对碳产率和形貌有显着影响。随着反应温度升高,碳产率大幅下降。在500–550℃主要生成碳纳米纤维,而在600–650℃主要生成碳纳米管。（2）往Ni3Al类水滑石引入10 at.%Fe、Co、Cu,经焙烧和还原得到组成均匀的Ni–Fe、Ni–Co、Ni–Cu合金催化剂,平均晶粒尺寸为8.7–9.6 nm,说明合金化提高了金属分散度。600℃甲烷裂解催化反应结果表明,合金化提高了催化剂寿命和碳产率,合金的促进效果为Ni–Cu＞＞Ni–Fe＞Ni–Co。合金化对碳的形貌及石墨化程度也有显著影响,Ni–Co和Ni–Fe合金提高了碳石墨化程度,而Ni–Cu合金降低了碳石墨化程度。（3）往Ni3Al类水滑石引入10–50 at.%Cu,经焙烧和还原得到组成均匀的Ni–Cu合金催化剂,平均晶粒尺寸为9.5–10.4 nm。650℃甲烷裂解催化反应结果表明,Ni–Cu合金催化剂寿命和碳产率随着Cu含量增加呈火山型变化,当Cu含量为30 at.%,碳产率达到最高值70 mg-C/mg-cat,是Ni催化剂的50倍。此外,Ni–Cu合金化对碳形貌有显著影响。与Ni催化剂生成长度较长、直径较小、结构较规整的碳纳米管相比,Ni–Cu合金催化剂反应后生成的碳主要是竹节形碳纳米管、碳纳米纤维和不规则形状碳等。