作为将煤基，天然气基，生物质基合成气转化为长链烃类的催化过程，费托合成反应一直备受研究者和工业界的关注。铁基费托合成催化剂具有价廉，易得，环境友好，高水汽迁移反应活性，高烯烃选择性等诸多特点。发展新的高活性和高选择性铁基费托合成催化剂对于应对日益紧张的能源局面有着重要的意义。　　本论文针对铁催化剂催化费托合成反应中存在的问题开展了一系列的研究工作，具体有:　　碳材料负载的铁催化剂常常表现出高活性和特殊的产物选择性，而对于铁催化剂与碳载体之间的相互作用，特别是铁基催化剂的构效关系，目前尚不十分明确。为了探讨碳材料性质对于铁粒子催化性能的影响，制备了一系列以热解石墨烯氧化物为载体，单分散的氧化铁纳米粒子为金属前体的模型催化剂。不同温度下H2处理过的碳载体具有各异的表面基团，而这些基团将显著影响催化剂的费托合成反应行为:负载于低温获得的热解氧化石墨载体的催化剂的活性和高碳产物选择性都较低，主要产物为低碳烃类，而提高载体的处理温度可以增加催化剂活性和C5+产物的选择性。通过对表征研究，推测碳载体表面官能团会以类似于中毒作用来影响铁催化剂的费托反应性质。　　铁基催化剂费托合成催化剂的活性相问题一直受到关注，同时也是争论的焦点。碳化铁，特别是Fe5C2，由于可以在反应条件下的铁基费托合成催化剂中检测到而被认为是反应的活性相，但是长时间以来缺少对无助剂的纯相催化剂的研究。与他人合作，首次在溶液相合成了纯相Fe5C2纳米粒子，并对之进行了体相和表面相结构的表征。将此纯相Fe5C2负载于氧化硅载体上，进行了本征费托合成活性的研究:与传统方法制备的还原氧化铁催化剂相比，Fe5C2纳米粒子催化剂具有更高的反应活性，高碳产物选择性和烯烃选择性，是更为高效的费托合成催化剂;同时，这种材料不需要经过预先的活化处理，即可表现出高活性，因而是费托合成反应的一种活性相，并且可以在反应后部分保持原有的晶相;Fe5C2纳米粒子在反应过程中有明显的失活现象，可归因为Fe5C2被原位生成的水和二氧化碳部分氧化所导致的。　　在对Fe5C2纳米粒子催化剂研究的基础上，进一步深入地对铁基催化剂的活性相和失活问题展开了研究:改进研究方法成功合成了纯相的Fe，Fe2C，Fe7C3等纳米粒子，使得比较不同的碳化铁纳米粒子费托合成本征活性和反应行为成为可能:Fe2C和Fe7C3都不是好的费托合成催化剂，有价值的产物的选择性较低;而Fe和Fe5C2催化剂在反应达到稳定时具有类似的反应结果，而反应诱导期内反应行为迥异，原位EXAFS实验数据表明，反应过程中Fe纳米粒子发生了向Fe5C2相的转变，并且通过其他实验手段对此进行了证实。　　针对费托合成反应温度压力相对较高的特点，建立了一种新的台阶程序升温表面反应方法(STPSR)方法，适用于高压条件下研究铁基催化剂的反应过程:在金属Fe催化剂表面，观察到水的生成先于烃类，CO有可能首先吸附解离，在催化剂表面形成活性的碳物种，在更高温度才能形成发生C-C偶联并加氢形成烃类;而Fe5C2催化剂则CO活化和烃类生成在同一温区间进行。Fe5C2催化剂具有比其他的物相更低的烃类生成温度，应为费托合成最为活泼的活性相。　　最后，对Fe5C2催化剂失活的机理进行了更进一步的考察，Fe5C2纳米粒子具有一定的抗氧化能力，但是在一定条件下均能被CO2和H2O氧化，研究了部分被氧化的Fe5C2催化剂的反应性能，确认了氧化铁相的生成是导致催化剂失活的重要原因。