原油的快速消耗和其引发的环境问题日益严重,促使人们寻找一种可替代化石燃料的新型能源。费-托合成是将煤、天然气、生物质以及废弃有机物转化而来的合成气催化转化为清洁燃料和高附加值化学品的重要过程。费-托合成铁基催化剂由于价格低廉、甲烷选择性低、操作范围宽等优势被广泛应用于工业生产。深入认识铁基催化剂构效关系是设计出性能更佳工业催化剂的关键。但是,铁基费-托合成催化剂物相复杂,特别是被认为是活性相的碳化铁物种,种类繁多,且会在反应过程中相互转化,为构效关系的研究造成了巨大困难。因此设计合成稳定的碳化铁物种,明确单一物相碳化铁的性能对认识铁基费-托合成催化剂具有重要意义。本文利用“均相熔融法”和“满孔浸渍法”分别制备出石墨碳限域的铁纳米催化剂和活性炭负载的铁纳米催化剂,通过改变不同活化条件制备出主要物相为χ-Fe₅C₂、ε-Fe₂C、ε-Fe₂C@G、θ-Fe₃C@G催化剂,利用透射电子显微镜、X-射线粉末衍射、穆斯堡尔谱、氮气物理吸附、CO程序升温脱附、拉曼光谱和热重分析等手段对材料进行系统表征,并对相关催化剂在固定床反应器上进行费-托合成催化性能测试。主要研究结果如下:（1）低温（200℃）合成气活化有利于ε-Fe₂C的生成,高温（350℃）则有利于χ-Fe₅C₂的生成。在低温费-托合成条件下,不同物相活性趋势为ε-Fe₂C@G>ε-Fe₂C>θ-Fe₃C@G>χ-Fe₅C₂,石墨层限域下35Fe@G-200催化剂中ε-Fe₂C的含量远远高于其在35Fe/AC-200催化剂中的含量,结合理论计算模型研究石墨层限域稳定高活性ε-Fe₂C物相的机制,结果表明石墨层的限域能有效抑制催化剂表面碳偏析,从而有利于ε-Fe₂C的结构稳定。（2）基于上述研究结果,选择石墨碳限域的铁纳米催化剂为研究对象,通过改变处理条件制备不同孔结构和粒径的石墨碳限域的铁纳米催化剂,选择孔径较大的35Fe@G-H₂/Ar-5和35Fe@G-N₂-H₂/Ar-5催化剂进行费-托合成催化性能测试。结果表明,增加焙烧时间,催化剂的孔体积、孔径和粒径逐渐增大、比表面积逐渐减少。降低活性金属负载量,催化剂粒径均呈减小趋势。费-托合成催化性能结果显示,孔径较大利于反应过程中的传质与扩散,从而提高了催化剂活性、稳定性和C₅₊选择性。（3）在上述工作的基础之上,筛选出孔结构丰富的石墨碳限域的铁纳米催化剂,制备裸露的Fe₂O₃催化剂,并对催化剂进行高转化率条件下费-托合成催化性能测试。结果表明石墨层限域能够有效提升催化剂的活性和稳定性,在CO转化率为90%以上的苛刻反应条件下,石墨碳限域的铁纳米催化剂反应400 h仍然保持稳定,未出现明显失活现象,这为提高铁基工业催化剂的稳定性提供了一种新思路。