天然气是清洁能源和重要的化工原料,其主要成分为甲烷。本论文成功合成了Ni-Al、Ni-Si两类甲烷裂解催化剂,通过掺杂稀土对甲烷裂解催化剂进行改性。研究了共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶等不同制备方法,不同焙烧温度以及不同沉淀剂对催化剂性能的影响;同时考察了掺杂铜和不同稀土等助剂对催化剂性能及纳米碳副产物形貌的影响。用SEM、TEM、BET、TG-DTA和XRD等方法表征了催化剂的物性和结构,并在微型固定床反应系统中考察了甲烷裂解催化剂的催化活性,结果表明:Ni-Al催化剂以Na₂CO₃作为沉淀剂,采用双股并流共沉淀法可制备出化学均一的甲烷裂解催化剂,通过稀土的掺杂可有效促进催化剂晶相的形成,从而提高催化剂甲烷裂解催化活性及其热稳定性;最佳掺杂助剂为稀土La,最佳配比为15Ni3La2Al,该催化剂在700℃高温下连续运行12h仍未出现失活现象。Ni-Si催化剂以TEOS（正硅酸乙酯）为硅源,采用溶胶-凝胶法可制备出分散性好、结晶度高、性能良好的甲烷裂解催化剂,Ni的最佳含量为50%,最佳掺杂助剂为稀土La;采用CTAB导向剂合成出了类花状稀土掺杂Ni-Si甲烷裂解催化剂,该催化剂结晶度好,并具有较高的比表面,是一种性能优良的甲烷裂解催化剂。通过对产物碳纳米管进行表征和纯化,得出碳纳米管均一的形貌有利于催化剂的高温活性和稳定性,碳纳米管最佳纯化条件为:40%硝酸,60℃加热搅拌2h,纯化率可达99.7%。