随着社会的发展和进步,能源的消耗逐渐加剧,随之而来的环境污染也越来越严重,如何提升能源利用率和减少废物排放成为亟待解决的问题。催化剂作为能源利用框架中极为重要的一环,传统制备技术和手段已无法满足当今社会的需求。采用非常规技术,开发新型催化剂,提高能源转化效率以及降低对环境的污染,成为化学化工发展的迫切要求。冷等离子以其特有的高能电子和活性粒子的轰击作用,以及低温处理特点,能够在催化剂的制备和合成中达到常规手段无法达到的效果。前期研究发现等离子体处理对催化剂的形貌和结构修饰有重要作用。本论文在前期研究基础上,深入探讨了利用介质阻挡放电（DBD）等离子体在制备镍基和铁基催化剂的过程中对催化剂尺寸和结构的影响,以及在提升催化剂反应性能方面的作用机制。作为甲烷转化的重要环节,甲烷水蒸气重整（SRM）是工业制氢和合成气的主要手段之一。镍基催化剂以其高活性和低成本的优势成为SRM反应最常用的催化剂,但反应过程中极易积炭是镍基催化剂的短板。本文利用DBD等离子体分解硝酸镍制备出的Ni/SiO₂催化剂,与常规焙烧法对比,在低水碳比条件下的SRM反应中表现出了优异的抗积炭性能。表征结果表明,DBD的高能电子轰击作用能够对催化剂的结构产生影响,提高Ni/SiO₂催化剂密堆积面含量,减少晶体缺陷位,增强金属与载体间的相互作用。DBD的低温处理效应能够有效控制催化剂的粒径在5 nm左右,远小于高温焙烧得到的10 nm左右的颗粒粒径。在SRM反应过程中,DBD对粒径和结构的综合影响能够降低甲烷的分解速率,提高碳气化速率,使碳物种在催化剂表面难以沉积和团聚,从而显著抑制积炭。费托合成（FTS）反应以合成气为原料,是甲烷转化框架中SRM的重要下游反应之一。在FTS过程中,相比于钴系催化剂,铁系催化剂的成本更低,在合成气配比和反应条件方面的适用性更强,因此得到广泛的关注。本文以活性碳球为模板制备前驱体催化剂,并利用氧气放电DBD等离子体脱除碳模板和分解前驱体,得到用于FTS反应的多孔铁系催化剂。通过与常规高温焙烧脱碳对比,DBD等离子体脱除碳模板具有快速高效的特点,其脱除速率是常规焙烧的近6倍。研究发现,DBD的微燃烧效应和碳模板的还原作用能够将部分Fe³⁺还原为Fe²⁺,使催化剂具有磁性,有助于催化剂的提纯与分离。等离子体的高能电子轰击作用还能够修饰催化剂的电子结构,提高FTS反应中催化剂的碳化程度,进而提高催化剂的活性和低链烯烃的选择性。在催化剂的制备过程中,载体会对活性组分的结构产生影响。采用DBD气相合成金属纳米颗粒,能够有效避免载体的影响,实现对等离子体影响晶体成核和生长的研究。本文利用共轴DBD等离子体装置气相合成镍纳米颗粒,分析了DBD等离子体对镍晶体成核和生长过程的影响,通过调节前驱体浓度、停留时间和等离子体构造实现了对颗粒粒径的自由调控。相比于常规制备过程,等离子体气相制备法能够有效避免杂质的引入,对于粒径的调控也更加方便快捷。之后本文在共轴DBD装置的基础上,对等离子体反应器放大的可行性进行了研究,提出了放大过程需要遵循的原则,并成功将反应装置放大9倍,为之后的工业应用奠定了基础。