众所周知,烯烃被广泛的应用于化学工业,是一类具有高附加值的化学物质。其中,低碳烯烃（C₂-C₄烯烃）,更是石化工业的基石和标志,在国民经济中占据着重要地位。低碳烯烃在商业化生产中主要由石脑油催化裂解制得,随着石油资源的日益短缺和环境问题的日渐突出,基于煤、天然气、生物质和废弃有机物等转化的合成气制低碳烯烃的非石油路线一直备受关注。相比较于合成气经甲醇制低碳烯烃（MTO）、二甲醚制低碳烯烃（DTO）等间接工艺,合成气经费-托合成反应制低碳烯烃的直接合成工艺（FTO）由于反应路径简短,操作简便,能源消耗少等优点而更具吸引力。众所周知,费-托合成反应产物众多,分布广泛,遵循ASF理论分布,因此,如何有效调控烯烃产物选择性是目前FTO反应面临的最大挑战,特别是低碳烯烃的选择性突破ASF分布的理论极限值。本论文从载体的结构与碱性、分子筛的结构与酸性和Mn²⁺的电子效应等三个角度,系统研究了铁基费-托合成催化剂的性质和催化性能,明确了催化剂结构/电子性质与烯烃/低碳烯烃的选择性的构效关系。具体研究内容如下:（1）在费-托合成铁基催化剂中,Mg是常见的碱性助剂,能够促进CO的解离吸附、抑制烯烃二次加氢反应,提高烯烃选择性。而MgO是典型的碱性载体,并且暴露不同晶面的MgO碱性不同,从而必定会对铁的活性相产生不同的影响,进而最终影响费-托合成催化性能。因此,本论文拟采用不同暴露晶面的MgO-c（MgO（100））和MgO-ns（MgO（111））为载体,通过满孔浸渍法（IM）、化学沉积沉淀法（DP）和超声浸渍法（UI）等三种方法制备了不同的Fe/MgO催化剂,研究MgO不同暴露晶面、不同碱性对FTO催化性能的影响。结果表明,与Fe/MgO-c-UI催化剂相比,Fe/MgO-ns-UI催化剂具有更高的反应活性、烃类产物O/P比值和烯烃选择性,这可能是因为MgO（100）表面以产生中等强度碱性位的交替Mg²⁺/O^2-离子对终结,而MgO（111）表面由O^2-终结,表面低配位的O^2-会形成强的碱性位。另外,超声浸渍法制备的催化剂,载体与活性相之间相互作用较弱,保持了MgO（111）载体的强碱性,因此表现出更好的FTO催化性能。（2）SAPO-34分子筛具有Br?nsted强酸性位,并且其孔径约为0.43 nm,与乙烯（0.39 nm）、丙烯（0.45 nm）动力学直径相当,有利于短链烃的传质扩散。本论文在课题组前期研究开发的结构明确的高分散、高活性的Fe₃C@C费-托合成催化剂基础上,将SAPO-34通过原位包覆以及机械混合的方法,分别制成核壳结构的Fe₃C@SAPO-34催化剂以及机械混合的Fe₃C+SAPO-34催化剂。研究分子筛以及分子筛与Fe₃C@C的空间位置对低碳烯烃选择性的影响。与单独的Fe₃C@C催化剂相比,Fe₃C+SAPO-34催化剂和Fe₃C@SAPO-34催化剂,都有效的降低了长链烃的选择性,提高了C₂-C₄烯烃选择性,但同时甲烷选择性也增加了,这可能是由于分子筛的酸性催化裂解作用。另外与Fe₃C@SAPO-34催化剂相比,机械混合的Fe₃C@C+SAPO-34催化剂的烃类产物O/P比值和低碳烯烃选择性更高。这可能是因为:一,CO的动力学直径远大于H₂的动力学直径,H₂比CO更易进入壳内到达活性中心表面,导致Fe₃C@SAPO-34催化剂活性中心表面的H₂/CO比较高,有利于加氢反应,降低了烃类产物O/P比值,使得低碳烯烃选择性有所降低;二,包覆结构中,分子筛酸中心与费-托合成活性中心空间距离更近,更容易促进烯烃的加氢和长链烃的裂解。（3）Mn具有复杂的价态和电子效应,Mn助剂能有效抑制铁颗粒的长大,增加催化剂表面碱性,促进Fe物种的碳化,抑制甲烷生成,特别是低价态的Mn²⁺给电子能力较强,可以改善Fe活性物种的电子环境,提高烃类产物O/P比值,增加低碳烯烃选择性。本论文通过一步熔融法制备了结构明确的MnO改性的Fe₃C-MnO@C催化剂,研究了Mn²⁺对铁基催化剂结构及费-托合成催化性能的影响,并通过调节温度、空速等反应条件,来调控C₂-C₄烯烃选择性。结果表明,Mn主要以MnO的形式存在,低价态的Mn²⁺离子给电子能力强,促进了θ-Fe₃C的形成,显著提高了烃类产物O/P比值和低碳烯烃选择性,同时抑制了甲烷的生成。另外,通过调节反应温度和合成气空速,催化剂在较高的转化率（CO转化率为9.9%）条件下,仍然能够实现高达50%的低碳烯烃选择性。