甲烷部分氧化制合成气因其潜在的应用前景和理论研究意义，日益引起人们的重视。在POM反应所使用的催化剂中，Ni基、Co基催化剂因其低廉的价格而倍受关注。与Ni基催化剂相比，Co基催化剂在抗高温流失等方面有其不可替代的优越性，因而有望取代传统的Ni基催化剂。但是Co基催化剂的主要缺点是催化活性较低和稳定性较差，因此本论文的主要目的是通过优选载体和添加助剂而获得较高活性和稳定性的钴基催化剂。本论文首先研究了不同载体和助剂对钴基催化剂POM反应性能的影响，筛选出性能较佳的Co／Ca/Al₂O₃催化剂体系，进一步考察了催化剂组成以及反应条件对催化性能的影响。在此基础上，采用BET、XRD、H₂—TPR、XPS、Raman以及原位XRD和原位Raman等技术，考察了催化剂的比表面积、分散度、氧化还原性能以及催化剂的体相结构和表面结构等性质，研究了催化剂结构与性能之间的关系。主要研究结果如下：1)在考察的不同钴基催化剂体系中，以Al₂O₃为载体、Ca为助剂的催化剂对甲烷部分氧化制合成气反应表现出最佳的催化性能，其最佳Co负载量和Ca添加量分别为6wt％。2)催化剂寿命实验表明，6Co／6Ca/Al₂O₃催化剂有较好的催化活性、稳定性和抗积碳性能。在750℃、CH₄／O₂／Ar=2／1／4、空速为12000ml·g^-1·h^-1条件下，甲烷转化率（～88％）和CO选择性（～94％）在120小时实验时间内保持不变，且反应后的催化剂无明显积炭。3)XRD、TEM和Raman等实验结果表明，新鲜的Co／Al₂O₃和Co／Ca／Al₂O₃催化剂上，钴物种均主要以Co₃O₄形态存在，但Co／Ca／Al₂O₃催化剂上Co₃O₄的分散度较高，还原后金属钴的粒径较小。4)H₂—TPR结果表明，在Co／Ca／Al₂O₃催化剂体系中，Ca助剂有效降低了Co₃O₄的还原温度，而后者与催化剂的POM反应活性有关。由于Ca的存在，Co₃O₄的可还原性能提高以及金属钴的粒径减小，可能是催化剂活性得以显著改善的重要原因。5)XPS、原位XRD和原位Raman光谱实验结果表明，Co／Al₂O₃催化剂的失活主要是由于反应过程中金属钴被氧化进而发生了Co⁰→CoAl₂O₄的相转变所致。通过Ca助剂对载体的调变，削弱了金属—载体之间的相互作用，使得金属钴不易被氧化，不易转化成非活性的CoAl₂O₄物种，因而大大提高了催化剂的稳定性。