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近年来，化石能源的大量消耗引发了能源危机、温室效应以及其它一些环境问题，严重影响人类社会的发展。作为一种最主要的温室气体，CO2也是一种来源广泛的廉价碳资源，其资源化利用吸引了越来越多研究者的关注。 基于太阳能的热化学两步循环法分解CO2制备CO是一项非常具有前景的技术，在制备可持续燃料的同时还可以减少温室气体。该技术利用氧化-还原金属氧化物作为化学反应介质，可以在较低的温度下分解CO2。其反应原理为:首先利用高温(1350～1550℃)将高价态金属氧化物还原，释放出O2;然后用还原态的金属氧化物在较低温度下(800～1100℃)与CO2反应，生成CO和高价态金属氧化物;高价态金属氧化物再进行高温热还原反应，以此不断循环。铁氧体（Ferrite）是一种廉价并且具有较低热还原温度的材料，是该技术常用的氧化-还原金属氧化物之一。但铁氧体材料热稳定性不高，在反应中极容易出现烧结失活的问题，研究者通常将铁氧体分散到耐高温载体上以提高其反应活性和热稳定性。 本论文利用铁氧体作为活性组分，主要研究了传统负载型材料Ferrite/ZrO2、Ferrite/Al2O3、自再生铁氧体材料和双相协同复合铁氧体材料在热化学法循环分解CO2反应中的应用。利用XRD、Raman、SEM-EDS、TEM、XPS、TGA等多种表征手段对反应前后的材料进行了系统的表征，并对材料的性能进行了详细的讨论。具体研究结果如下: 1)通过调节多孔γ-Al2O3微球的焙烧温度制备了具有不同织构和晶相的Al2O3微球载体，并使用浸渍法负载铁氧体NiFe2O4。在TGA循环反应中，15wt％NiFe2O4/Al2O3-1200具有最高的CO产气率(29.0 mL/gferrite)以及最好的热稳定性(CO/O2 ratio＞1.90)。焙烧温度低于1200℃的Al2O3微球载体具有较大的比表面积和孔容，晶相主要为γ-Al2O3，能够将NiFe2O4颗粒均匀分散并与其发生相互作用。然而这种相互作用增加了材料中的离子空位并加快了离子扩散速率，导致材料烧结为致密块体，不利于CO2在材料中的扩散以及氧离子的传输;在过高温度1400℃处理的Al2O3载体比表面积和孔容非常小，晶相主要为α-Al2O3，不易与NiFe2O4颗粒发生相互作用，使得NiFe2O4颗粒在载体表面团聚烧结为大颗粒，不利于气-固反应;经过1200℃处理的Al2O3载体具有合适的织构，尤其是蠕虫状的多孔表面，以及混合的晶相，使NiFe2O4颗粒均匀分散并通过相互作用溶入Al2O3载体，在材料表面形成大孔壳结构，有利于CO2在材料中的扩散以及氧离子的传输。在循环反应过程中，NiFe2O4与Al203的相互作用会产生含有FeAl2O4和NiFeAlO4的尖晶石固溶体，其中NiFeAlO4为主要的活性组分。提高Ni含量可以增加固溶体中NiFeAlO4的含量，由此提高材料的产气量。 2)首次将固溶体在一定条件下的可逆固溶-析出相变行为引入本反应体系，实现了铁氧体材料在每次循环中的“自再生”。铁氧体在高温热还原阶段“躲进”基体，在低温分解CO2阶段重结晶析出，避免烧结失活。实验利用多种表征手段证明，样品材料30wt％ MgFe2O4/(Mg, Fe) wüstite在热化学循环分解CO2反应过程中发生了固溶-析出的相变行为，该“自再生”过程在循环反应中循环进行。该样品在40次高温循环后没有任何失活，其循环稳定性显著高于传统负载型材料30wt％ MgFe2O4/ZrO2。同时，铁氧体的析出过程和在材料表面形成的纳米层状结构也使材料的产气速率得到了极大的提升，该样品的CO平均产生速率是30wt％ MgFe2O4/ZrO2的2.5倍以上。具有“自再生”功能的样品由于在反应过程中发生了固溶-析出的相变行为，所以其反应后具有独特的形貌结构和元素分布，与传统负载型材料有巨大差异。另一个“自再生”材料60wt％NiFe2O4/NiO在反应中的CO产量是60wt％ NiFe2O4/Al2O3、60wt％ NiFe2O4/ZrO2和60wt％ NiFe2O4/8YSZ这三种传统负载型材料的2倍以上。而且其动力学实验表明，“自再生”材料的反应动力学模型与传统负载型材料有较大差异。 3)将铁氧体与氧离子导体相结合制备了具有双相协同作用的15wt％NiFe2O4/Mg0.1Ce0.75Zr0.2O2材料，使铁氧体的电子传导能力和氧离子导体的氧离子传导能力进行协同作用，提高氧离子从材料表面传导至体相的速率。在这种情况下，材料即使发生严重烧结，体相中的还原态铁氧体仍然能重新被氧化，保持较高的CO产量。使用不同方法制备了不同形貌的氧离子导体Mg0.1Ce0.75Zr0.2O2，然后用浸渍法将铁氧体NiFe2O4与其结合。其中样品15wt％NiFe2O4/Mg0.1Ce0.75Zr0.2O2-PM虽然在反应过程中已经发生严重的烧结，但是该材料在25次高温循环后仍然没有出现任何失活并且具有最高的CO产量。