- 文献综述（或调研报告）：
- 对不同活性材料特性的研究
1.1以氧化锆为载体的铁氧体
Fresno等人比较了以氧化锆为载体的铁氧体和无载体的铁氧体在不同温度下的还原活性，以及在较低温度下通过水热两步法制氢的活性。由于更好的利用了活性相，以氧化锆为载体的铁氧体在循环的热还原和水分解步骤中都有着更高的化学产率。而煅烧温度对于活性材料性能的影响不如载体明显。并且在700℃下煅烧的以氧化锆为载体的铁氧体具有最佳活性。
1.2 以氧化铝为载体的铁氧体
Scheffe等人采用原子层沉积法在氧化铝基片上制备了钴铁氧体，对在其水热两步法中制备氢气的效果进行了研究，并结合热力学模型进行了分析。实验结果与热力学模型相结合，结果表明，由于铁氧体与基体反应生成FeAl2O4，使得沉积在Al2O3上的CoFe2O4能够在低于CoFe2O4还原所需的温度（200-300°C）下被还原，避免了烧结问题。尽管FeAl2O4与H2O的反应不如FeO与H2O的反应具有热力学上的优势，但在非平衡条件下，FeAl2O4与H2O的反应能够在还原温度仅为1200°C时产生大量的H2，而在还原温度低于1400°C时，CoFe2O4很少或者完全不产生H2。此外，CoFe2O4/Al2O3能够在1200°C还原/1000°C氧化的温度下下循环而无明显失活。
1.3 加入多价的金属元素（Mn,Fe,Co,Ni）的二氧化铈
Gokon等人分析了在二氧化铈中掺杂30%摩尔分数的Mn、Co、Ni、Fe对水热两步法生成的氢、氧产量的影响以及其自身在循环中再生成的能力。经过实验发现，掺杂了Co和Mn的二氧化铈在循环的过程中提高了氧气的产率，但氢气的产率有所下降；掺杂Ni的二氧化铈对于氢氧的产率影响不大；而掺杂Fe的二氧化铈在1500℃的还原温度下发生了熔化和烧结现象。然后改变还原温度，发现掺杂Mn的二氧化铈的氧的析出几乎无变化，因而可以降低还原温度。
- 对于等温氧化还原循环的研究
由于在金属氧化物频繁的加热和冷却过程中的热损失和时间损失，长久以来人们一直认为氧化和还原步骤之间的温度波动抑制了系统的整体效率。Muhich等人将氧化反应温度和还原反应温度设置为相同的温度进行研究，发现在1350℃下以铁氧体为活性物质的循环的产氢能力分别大于在1350℃还原温度和1000℃氧化温度下的以铁氧体为活性材料的非等温循环的3倍，以及在同样温度下以二氧化铈为活性材料的非等温循环的12倍。此外，因为一般的研究分析的是闭口系统，需要较大的温差来维持氧化反应反应物的化学势大于生成物的化学势，以驱动化学反应的进行。但是Muhich等人分析的是开口系统，以气体分压的改变使反应物的化学势大于生成物的化学势。由于采用了更高的氧化温度，使得氧化反应的速率加快，从而提高了整个循环的制氢效率。并且由于避免了较大的温度波动，减小了不可逆热损失，也减小了反应器外壳的热应力。
- 制氢系统层面的分析研究
Ehrhart等人从系统层面入手，考虑不同的活性材料、反应条件、反应动力学等因素对系统效率的影响。结果表明，气体热回收是高效循环的关键，特别是在需要较大的蒸汽和惰性气体流量的情况下。而对于氧化温度较低的循环，固体热回收更为重要，如果能将热量用于系统的其他地方，则这种热回收造成的影响就会相对减小。本次课题参考Ehrhart等人分析的模型，采用aspen软件搭建系统，并在其基础上更近一步，考虑反应物颗粒特性，对系统优化，分析系统的效率，提高制氢效率。
系统模型如下：
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