氢能被誉为“二十一世纪”的能源，是理想的低碳能源之一，它解决了因传统能源的迅速枯竭及过度消耗给环境带来的负面效应，更符合未来能源的发展趋势。生物乙醇重整制氢（ESR）是一种具有良好应用前景的制氢技术，是当前新能源领域的研究热点，它的利用可以缓解人们对于化石类能源的依赖，同时生物质可再生的特点为能源的可持续发展提供了一条绿色环保的发展方向。发展生物乙醇重整制氢技术的关键是研发在低温下具有高活性和高选择性的新型重整催化剂。因此，如何设计制备廉价、低能耗、高效率、使用寿命长的生物乙醇重整催化剂具有重要的理论和现实意义，也是制氢技术的挑战性课题。镍基催化剂价格低廉，且在乙醇水蒸气重整反应中具有高活性和高选择性的特点，是一种很有潜力的制氢催化剂，但镍基催化剂的稳定性即抗积碳和烧结性能仍有待进一步提高。本论文以蒙脱土为基体，镍为活性中心，采用等体积浸渍法、离子交换法、碱性活化法等方法，对蒙脱土的组成、层间距、孔结构及酸碱性等进行了多尺度调变，通过优化催化剂预处理条件、调变组成以及碱改性等手段强化蒙脱土结构对活性组分的分散和稳定作用，提高催化剂稳定性以及氢气的选择性。结合XRD、TPR、TEM和BET等多种技术从微观水平上对催化剂的结构、酸碱性、还原行为及不同催化功能之间的协同作用与ESR反应性能之间的关系进行了合理的关联分析，明确了上述因素在影响催化剂活性及产物选择性方面的作用机制。主要研究内容及结论如下：（1）采用等体积浸渍法制备了一系列Ni/MMT催化剂，研究制备过程及反应条件对镍分散度、载体结构、催化活性和稳定性的影响。研究结果表明，Ni附着在蒙脱土表面或插入其片层结构中，当负载量<10%，Ni呈无定形单层分布，负载量为15%时，以分散态NiO的形式存在。10Ni/MMT在预处理温度550℃，还原温度600℃，反应温度500℃时，乙醇转化率接近100%，H2的选择性~65.3%，其他气体产物的选择性分别为：CO2~23.7%，CO~7.6%、CH4~3.4%，无液相副产物产生。600℃预处理10Ni/MMT，蒙脱土层状结构有序性受到破坏，部分Ni与Al作用，形成难还原的NiAl2O4尖晶石结构；800℃对10Ni/MMT还原处理，导致Ni颗粒增大至16.9nm，催化产氢性能降低；10Ni/MMT催化稳定性能评价表明，400℃低温反应会产生大量的C2副产物，结合积碳分析可知，总积碳量为28.5%，但温度增至500℃，抗积碳性能良好的，总积碳量降至5.3%。通过HRTEM研究结果表明，Ni（111）晶面是决定ESR反应性能的关键因素，能有效的断裂乙醇及C2产物中的C-C和C-H键，Ni（111）晶面充分暴露，有利于提高氢气产率。（2）利用蒙脱土层间离子的可交换性，将助剂Al引入载体中。采用等体积浸渍法将10%Ni负载于Al改性后的蒙脱土上，考察Al的交换容量对催化剂的结构、酸碱性、催化活性和稳定性的影响。研究结果表明，Ni在Al改性后的蒙脱土上呈无定形高分散态；当Al的交换容量从5CEC增至20CEC，活性组分Ni颗粒趋于细小化，与载体的相互作用增强，比表面积从26.6m2/g提高到132.8m2/g；Al含量>15CEC时，Ni与Al形成稳定的尖晶石结构NiAl2O4，同时生成大量强酸性位；反应温度为500℃的催化活性研究表明，Ni/5Al-MMT催化性能良好，乙醇完全转化，无乙烯、乙醛等C2中间产物，氢气的选择性可达66.4%，当Al含量>10CEC以后，随乙烯含量的增多，氢气的产率逐渐下降；400℃低温稳定性研究表明，Ni/5Al-MMT明显优于Ni/MMT，H2选择性保持60%左右，C2中间产物控制在5%以下。积碳分析和TEM研究结果表明，Ni/5Al-MMT上积碳量仅为4.5%，平均粒径为10nm左右，未出现团聚烧结现象。（3）先采用离子交换法将10%Ni和5CEC Al引入蒙脱土载体中，再用NaOH对NiAl-MMT催化剂进行结构改性。考察NaOH对催化剂层间距、织构性质、形貌特征及催化性能的影响。研究结果表明，NaOH破坏了蒙脱土板层结构的有序性，Ni和Al进入其二维层间域或镶嵌在片层结构堆砌而成的House-of-card空间里，与载体的相互作用增强；NiAl-MMT/NaOH的层间距扩大至1.5nm，比表面积增加到168.2m2/g，孔径分布宽泛化（2-27nm）；当反应温度500℃，水醇比为8:1，空速为80,000h-1时NiAl-MMT/NaOH催化性能良好，乙醇转化率为100%，H2选择性为72.6%，CO2、CO和CH4的选择性分别为、18.4%、6.3%、和2.7%，无乙烯、乙醛等副产物；NiAl-MMT/NaOH在ESR反应中经乙醇脱氢→乙醛分解→甲烷重整→水煤气转换的反应历程，氢气产率较高，而传统镍铝类水滑石催化剂历经：乙醇脱水→乙烯聚集→积碳，催化剂快速失活；HRTEM分析表明，反应后NiAl-MMT/NaOH催化剂中Ni0是以单晶形式均匀地分散在蒙脱土载体的表面，没有发生明显的团聚和积碳。（4）深度剖析碱活化改性对蒙脱土的作用机制。考察NaOH浓度(5-15mol/L)、处理时间(1-12h)、处理温度(60-100℃)对蒙脱土载体的形貌、结构、酸碱性的影响，再将10%的Ni负载于不同程度碱活化后的蒙脱土上，并研究其在ESR反应中的性能差异。研究结果表明，NaOH引发蒙脱土结构脱硅脱铝现象发生，规整的板层受到不同程度地破坏。脱落的Si、Al进入蒙脱土的二维层间域，形成氧化物柱撑结构，活性组分Ni在碱改性后的蒙脱土上均成单层无定形分布。温和的碱改性条件下（MMT-5-3-80， MMT-10-3-80， MMT-15-3-60， MMT-15-1-80，MMT-15-3-80），蒙脱土的层间距、比表面积增大，孔径分布集中在2.1nm，孔容单调递增呈现出典型的H4型的狭缝孔结构，产生大量强酸酸性位。10%Ni负载于温和条件改性后的蒙脱土上，当反应温度为500℃时，Ni/MMT-5-3-80，Ni/MMT-10-3-80，Ni/MMT-15-3-60，Ni/MMT-15-1-80，Ni/MMT-15-3-80催化性能相似，H2的选择性不足35%，产氢量严重受到影响，而乙烯为主要产物，其选择性接近40%。苛刻的碱改性（MMT-15-12-80，MMT-15-3-100），孔结构由H4型转变为H3型，形成更多中孔孔道，平均孔径为16nm。脱硅脱铝现象趋于严重，强酸的酸性位被中和。10%Ni负载于苛刻条件改性后的蒙脱土上，当反应温度为500℃时，Ni/MMT-15-12-80和Ni/MMT-15-3-100乙醇的转化率都达100%，H2的选择性为74左右，无副产物乙烯生成。碱活化改性为蒙脱土催化材料酸碱性可控调变提供了一种新的思路和方法。