费-托合成是将CO和H₂通过催化剂转化成以混合烃类为主要产物的化学转化过程。通过费-托合成,将煤、天然气转化为清洁液体燃料和特殊化学品的工艺过程的开发一直是催化和能源领域研究的一个重要课题。此过程的核心问题是费-托合成催化剂和工业反应器技术的研究与开发。而费-托合成产物由于受Anderson-Schulz-Flory分布规律的限制,难以高选择性的制备出某种特定的产物,从而使其开发应用受到了一定的限制。因此,费-托合成催化剂的选择性（产物分布）是费-托合成研究领域里的一个重要领域,只有在理解了费-托合成产物分布规律的情况下才能有效地调整催化剂的组成、制备方法及反应条件等来控制产品的选择性。早期的研究表明费-托合成反应的产物分布遵循Anderson-Schulz-Flory（ASF）分子量分布规律,碳链增长几率α只随反应体系改变,不随产物碳数的变化而变化。但是随着分析方法的改善,使用新的分析方法获得的产物分布与Flory分布规律产生了偏差。为了解释这些费-托合成产物分布偏离Flory分布规律,人们提出了各种理论模型,但是没有一个理论能解释所有的实验现象。为了得到一个真实的费-托合成产物分布（α值）,为解释费-托合成产物分布规律提供依据,本文将以钴基费-托合成催化剂为研究对象,采用H₂/D₂同位素切换的方法分别在连续搅拌浆态床反应器（CSTR）和固定床反应器（FBR）中进行费-托合成实验,研究产物滞留现象是否存在,并以此获得Co/SiO₂催化剂费-托合成产物的真实分布（α值）和烷烃烯烃比（Pr/O）。另外,采用H₂/D₂同位素研究了费-托合成中铁基和钴基催化剂的同位素效应,为研究费-托合成反应机理提供参考。具体研究内容包括了以下两个方面1.采用H₂/D₂同位素切换的方法分别在连续搅拌浆态床反应器（CSTR）和固定床反应器（FBR）中首次证实了产物滞留效应“Δ”的存在,同时获得了Co/SiO₂催化剂费-托合成产物的真实分布（α值）和烷烃烯烃比（Pr/O）。研究结果表明:1)在CSTR和FBR上,产物累积“Δ”确实存在;碳数越低的产物滞留效应越小,碳数越高的产物滞留效应越大;对于相同催化剂,在同样的实验条件下CSTR的滞留效应要大于FBR。反应产物的滞留效应可以用fn来表示,fn与亨利定律常数（Henry’s law constant）、反应条件（如反应气空速、压力和反应器类型等）、反应产物样品的收集周期以及催化剂种类有关;2)去除产物累积“Δ”的影响后计算得到的费-托合成产物分布遵从Anderson-Schulz-Flory分布规律,即只有一个α值;3)用H₂/D₂同位素切换的方法,消除了产物累积和烯烃二次氢化的影响后所得到的真实Pr/O值要比用常规方法所得到的Pr/O值小得多。2.用H₂/D₂同位素研究了费-托合成中铁基和钴基催化剂的同位素效应。研究结果表明:1)在CSTR和FBR上进行的费-托合成H₂/D₂同位素切换示踪实验时,当反应物从CO/H₂/N₂ （1:2:2）切换为CO/D₂/N₂ （1:2:2）后,CO转化率都有显著的提高,表现出明显的氘反同位素效应。2)在钴基催化剂和铁基催化剂的同位素效应实验中,无论是钴基催化剂还是铁基催化剂,无论是烷烃还是烯烃,无论时顺式烯烃还是反式烯烃,rH/rD值均小于1,呈现出明显的反同位素效应。3)费-托合成中产生反同位素效应的原因,可能是动力学同位素效应和热力学同位素效应的综合结果。