为应对工业革命以来大气中不断上升的二氧化碳浓度所引起的一系列气候和环境问题,碳捕集、封存和利用技术得到了越来越多的重视。基于CaCO3与Ca O间可逆转化的钙循环是众多技术中极具应用前景的解决方案。目前,基于钙循环的吸附增强制氢、CO2捕集-催化转化和化学链氧化过程已得到了广泛研究,且均展现出良好的实用性。尽管如此,制约钙循环技术进一步普及的关键因素在于其脱碳阶段的高能耗,而这些能耗目前大多通过煤和天然气的燃烧进行供给,从而增大了钙循环对化石能源的依赖,亦降低了其CO2捕集效率。鉴于此,本文通过在脱碳阶段引入放热反应以降低钙循环过程的整体能耗。O2气氛下Ca O与Co可发生固相反应得到钴酸钙（CCO,calcium cobaltate）且剧烈放热,其中Ca O和Co可分别作为甘油吸附增强重整（SESRG,sorption-enhanced steam reforming of glycerol）反应的CO2吸附剂和重整预催化剂。鉴于此,可将该反应与CaCO3分解反应进行耦合,以降低SESRG脱碳阶段的能耗。进一步引入CH4化学链燃烧（CLMC,chemical looping methane combustion）前置于SESRG,以避免引入O2造成的H2消耗并实现CH4的高效利用,从而构成CLMC-SESRG耦合循环过程。能量平衡计算均表明该过程能耗仅为传统SESRG-脱碳过程的56%。将CCO材料用于所提出的CLMC-SESRG耦合循环过程,并进一步掺入Pt以提高其C-H键活化能力。Pt/CCO材料在20圈循环过程中可实现70%的CH4转化率及90%以上的CO2选择性,亦可制取纯度为96%的H2,产率可达120%,且其在此过程中的结构变化是高度可逆的。CH4-TPR-MS、SEM、TEM和XPS测试进一步揭示,Pt对CH4转化的促进作用可归因于CCO表面形成的Pt O2颗粒与均匀分散于CCO体相中的Pt物种;而Pt对产氢性能的提升则可归因于经CH4还原形成的Co-Pt固溶体对水气变换反应的促进。将H2气氛下的CaCO3加氢反应引入钙循环亦可降低其脱碳阶段的能耗,并同时得到CH4等含碳燃料。能量平衡计算表明该过程的能耗仅为传统钙循环的三分之一。尽管如此,欲使CaCO3加氢-碳化循环过程具有实用价值,关键在于设计高性能的催化剂并阐明其催化机理。鉴于此,本文设计并制备了负载Pt纳米颗粒的CaCO3材料,且其具有丰富的催化剂-反应物界面。性能测试表明,该材料可在360～550 ℃、100 k Pa和100%H2条件下实现98%的CH4选择性,已接近热力学计算数值。于10圈加氢-碳化循环测试中,CH4选择性可维持在95%以上,产率则维持在37 mmol gPt-1 h-1,且Pt/CaCO3的结构与形貌亦得以维持。原位XRD测试表明,Pt/CaCO3于350～550 ℃进行加氢反应时的主要固相产物为Ca O,亦有少量Ca（OH）2生成;原位漫反射傅里叶变换红外光谱（DRIFTS,diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy）测试证实,反应过程中CaCO3并未发生分解,表面Ca（OH）2和吸附态Pt-CO物种或均为Pt/CaCO3重要的中间物种,且吸附态Pt-CO物种的消耗速率与CH4生成速率正相关;CO-DRIFTS测试表明,吸附态Pt-CO物种更倾于在界面处的Pt原子上形成。为说明上述CaCO3加氢-碳化循环过程规模化应用的可行性,分别以煤焦化过程富余的焦炉气（COG,coke oven gas）和风力-光伏发电耦合的电解水过程所得氢气（WPTH,wind-photoelectric to hydrogen）为氢源,并以火电厂烟气为碳源,进行CaCO3加氢-碳化循环的流程模拟和技术经济分析。结果表明,以COG和WPTH为氢源时,CH4产量分别为1.34×10~8和0.35×10~8 Nm~3/y,能效分别为55.99%和23.79%。前者年利润为1.67×10~8CNY,可于3.77年内收回投资;后者年亏损2.75×10~8 CNY,若要实现盈利,氢气单价须降至0.06 CNY/Nm~3或CH4售价须增至10.13 CNY/Nm~3。就现阶段而言,COG比WPTH更适合用做CaCO3加氢-碳化循环过程的氢源,且该过程的规模化应用具备初步可行性。