费-托合成反应是多相催化领域一个十分重要的反应,特别是对后石油时代已经到来,而新的替代能源技术远未谈得上成熟的今天显得更为重要。费-托合成反应网络极为复杂,它的反应产物不仅包括烯烃和烷烃,还包括醇、酮、醛、酸等含氧产物以及二氧化碳、水等无机产物,其反应机理直到今天仍未完全弄清楚。多年以来,人们一直致力于研究一种具有高活性和高目标产物选择性的费-托合成催化剂,主要的改进手段包括对催化剂加入一些碱性助剂改变催化剂的电子性质或加入一些惰性助剂改变催化剂的结构等。但迄今为止,离可靠控制有限产物分布的目标仍有很大距离。在本文中,我们采用一种独特制备方法制备了费-托合成催化剂,即首先合成催化剂的小结构单元,然后将这些结构单元与惰性的纳米颗粒组装成纳米复合结构催化剂。主要进行了以下研究工作:一、铁基催化剂是最常见的一种费-托合成催化剂。它的价格相对便宜,并具有较高的催化水汽变换反应活性,适用于具有较低H₂/CO比的合成气。我们首先采用热解法制备了粒度分布较窄的氧化铁以及锰铁复合氧化物纳米颗粒,并与氧化铝纳米颗粒进行组装,制备出纳米复合结构催化剂。分析结果表明,在相同的反应条件下,与传统的铁基氧化铝费-托合成催化剂相比,我们所制备的氧化铁-氧化铝纳米复合结构催化剂具有更高的低碳烯烃选择性和更高的反应活性。这些特点与其独特的纳米复合结构有关,其中氧化铁颗粒被惰性的氧化铝颗粒包裹,阻止了它在反应中的长大,因此其尺度在反应中得以保持,在反应中提供更多的活性位,从而具有高的催化反应活性。同时,相较于传统催化剂,其较弱的金属-载体相互作用也是其反应性能较好的重要原因。二、采用水热合成法制备得到粒径极小,粒径分布窄的二氧化铈纳米颗粒,并用油酸对其表面进行修饰,使其由水溶性变为油溶性。然后在弱极性溶剂中与前面制得的锰铁复合纳米颗粒组装并进行费-托合成反应性能测试。结果表明,该锰铁-氧化铈纳米复合结构催化剂具有较高的比表面积,Mn元素的加入提高了产物中C=2-4烯烃的选择性,高Mn/Fe比的MnFe-Ce纳米复合催化剂高温稳定性较好,减弱了通常反应温度升高时C=2-4/C_2-4比下降的趋势,有利于高温反应条件下制备低碳烯烃。三、采用醇还原法制备了钌纳米颗粒,并采用不同种类的保护剂对其表面进行修饰,然后与氧化铝纳米颗粒组装,制备出纳米复合结构催化剂。表征结果显示,修饰在钌纳米颗粒中的1-16硫醇比油胺更难脱除。这一特征显著影响其催化费-托合成反应性能。性能测试结果表明,仅用1-16硫醇修饰的催化剂无活性,而用油胺修饰的催化剂则有很高的催化活性。表面修饰分子还影响费-托合成产物的选择性,与未经表面修饰的催化剂相比,油胺修饰的催化剂具有更高的甲烷选择性。在603K的反应温度下,碳烃产物中的甲烷选择性大于90%。