氢能作为21世纪最具发展潜力的二次能源,具有来源广泛、能量密度高、清洁低碳等优点。我国人工制氢原料以煤炭为主体,但煤炭制氢含有CO且H2纯度低。能够将CO转化为CO2的同时提纯H2的水煤气变换反应（water gas shift reaction,WGS反应）具有广阔的应用前景。WGS反应是放热反应,理论上在低温条件下可以达到100%的CO转化率。但是,受动力学限制,WGS反应难以在低温下进行。本文旨在解决低温WGS反应动力学因素限制的难题,借助非热等离子体（Non-thermal plasma,NTP）耦合非贵金属（铜基）催化剂的方法,构建高效稳定的低温WGS反应催化体系。首先,本文对等离子体与催化剂之间的耦合方式、放电功率、放电区域长度、放电间隙、水气比、气体流量以及背景气体等因素进行研究,发现（1）催化剂与等离子体直接接触的一段式耦合具有更优良的催化活性;（2）CO转化率随着放电区域长度、放电功率、水气比的增大而增加,同时在较小的放电间隙、流量下WGS反应也能取得高CO转化率;（3）相对于N2,NTP催化体系以Ar作为背景气体时表现出最好的催化活性。其次,本文研究了不同载体（Al2O3、Ce O2、Ti O2、Si O2和SAPO-34）和不同制备方法（共沉淀法和浸渍法）下铜基催化剂对非热等离子体催化WGS反应的影响。结合催化活性评级和不同表征手段,发现非热等离子体催化WGS反应和热催化WGS反应中催化剂配方的选择原则并不相同。在NTP催化WGS反应中,铜基催化剂吸附OH自由基的能力是影响WGS反应催化活性的关键,而比表面积、颗粒尺寸、表面形貌、酸性位点等理化性质并不是造成非热等离子体催化WGS反应中活性差异的主要原因。本文通过共沉淀制备的Cu Ox/Ce O2催化剂具有大量的氧空位,有利于吸附气相OH自由基参与WGS反应,从而表现出最佳的催化活性和最高的能量效率。最后,本文对非热等离子体催化WGS反应的协同效应及反应机理进行研究。NTP催化WGS反应体系在低温条件下快速产生大量OH自由基,H2O的解离不再是反应速控步骤;同时Cu Ox/Ce O2催化剂填充到NTP放电间隙中可以加强放电性能、提供活性位点,有利于OH自由基的生成和吸附。因此非热等离子体与Cu Ox/Ce O2催化剂之间产生显著的协同效应,突破低温WGS反应的动力学因素限制,在150 oC时CO转化率高达到96%,是相同条件下热催化的16倍,同时NTP协同Cu Ox/Ce O2催化剂催化WGS反应一定条件下具有高稳定性。将非热等离子体催化与热催化WGS反应进行动力学测试和in-situ DRIFTS实验,发现NTP催化显著降低了低温WGS反应的表观活化能,产生了新的反应路径,即甲酸反应路径机理。