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本文根据甲烷裂解过程中碳纤维的生长机理,设计并制备了具有高活性的纳米镍基催化剂。为调变活性组分Ni的晶粒大小,结晶程度及其与载体的相互作用,本文分别利用从Feitknecht母体结构出发的共沉淀法和从金属氧化物出发的反向浸渍法,得到了NiO结晶程度差别较大的Ni/Al2O3和Ni/SiO2系列催化剂。在两体系催化剂中分别引入少量铜,考查了铜对镍的调变作用。在管式反应器和热天平反应器中对所制备催化剂进行了甲烷裂解的活性评价,对甲烷催化裂解和纳米碳形成的反应机理及活性影响因素进行了探索。利用TG/DTA表征了共沉淀法制备的Ni/Al2O3系列催化剂母体的煅烧,以及反向浸渍制备过程中Ni(OH)2的煅烧和浸渍后硅源的分解过程。利用XRD和TPR表征了所制备的Ni/Al2O3和Ni/SiO2系列氧化物的结构与还原特性。利用SEM,TEM和SAD表征了反向浸渍法制备的系列催化剂的颗粒形貌和结晶程度。研究表明,在本文的共沉淀条件下,得到了Feitknecht结构为母体的Ni/Al2O3催化剂,该结构煅烧得到以氧化镍晶格为骨架的混合金属氧化物,Al2O3对NiO晶粒存在高稳定作用和较强的相互作用。反向浸渍法得到的Ni/SiO2催化剂中NiO晶粒结晶度较高,SiO2作为结构助剂与NiO产生一定的相互作用,阻止了NiO的烧结。两体系中助剂铜的引入对NiO晶粒存在调变作用。一方面,铜的存在使催化剂的还原温度降低,另一方面,铜的引入改善了NiO的结晶程度。在原位热天平中利用程序升温反应考查了所制备催化剂的积碳温区和最大积碳速率。在管式反应器中考查了所制备催化剂对甲烷裂解反应的活性和稳定性。结果显示,反向浸渍法制备的Ni/SiO2系列催化剂中,Ni(OH)2母体的煅烧温度对催化活性影响很大,高温煅烧使NiO晶粒过大,活性下降。低温煅烧并添加少量Cu助剂的75Ni-8Cu/SiO2和75Ni-15Cu/SiO2催化剂均高于共沉淀法制备的Ni-Cu/Al2O3催化剂,其中75Ni-8Cu/SiO2具有最大的积碳速率。700℃下75Ni-8Cu/SiO2具有很高的甲烷裂解催化活性,但是失活很快;75Ni-15Cu/SiO2催化剂初活性略低,但是稳定性好,最终积碳量最大。对Ni/SiO2系列催化剂上生成的碳纤维进行SEM和TEM表征,结果显示,Ni/SiO2催化剂中Cu的加入使反应过程中Ni金属颗粒变形为近似于正六面体结构,晶粒长大到80～100 nm。TEM观察到Cu加入后催化剂上碳纤维的生长模式由顶端模式变为多方向章鱼状生长,碳层排布由鱼骨状变为平行排布。