水煤气变换反应（WGSR）主要用于制备氢气,具有广泛的工业应用价值。该反应常用于合成氨、合成甲醇、加氢精制、加氢裂解以及费托反应等工业过程。目前工业上应用最为广泛的水煤气变换催化剂主要包括Fe-Cr高温变换催化剂、Cu-Zn-Al低温变换催化剂和Mo-Co耐硫宽温变换催化剂三类。这三类传统变换催化剂都存在着一定的不足,如Fe-Cr催化剂中含有的Cr组分是一种剧毒物质,Cu-Zn-Al催化剂的热稳定性较差,Mo-Co催化剂预处理过程复杂。这些缺点限制了传统水煤气变换催化剂在新型工业流程中的应用。随着新型工业流程的普及和燃料电池的兴起,高性能水煤气变换催化剂的开发已经成为水煤气变换反应领域关键的研究课题。本论文针对Co₂C基催化剂体系开展低温水煤气变换反应相关的催化研究,深入研究其构效关系以及助剂的影响。主要研究工作及结论如下:1、Co₂C基低温水煤气变换催化剂构效关系研究发现Co₂C基催化剂具有较好的低温水煤气变换活性,在220℃时CO转化率可达到40%,CO₂的选择性为100%。通过深入考察反应温度、空速和H₂O/CO比对于催化剂性能的影响,发现随着温度升高、空速降低、H₂O/CO比升高,CO转化率升高,但反应条件对产物选择性没有明显的影响。此外,还考察了还原温度对Co₂C基低温水煤气变换催化剂构效的影响。发现还原温度越高,CO转化率越低。结构表征表明,当还原温度较低时还原后得到的是粒径较小的CoO,有利于后续形成较小的Co₂C纳米颗粒,进而体现较高的催化活性。还原温度较高时还原后得到的是粒径较大的金属Co纳米颗粒,最终形成具有较大粒径的Co₂C纳米颗粒。2、Mn助剂对Co₂C基低温水煤气变换催化剂构效的影响研究发现Mn助剂的加入对于Co₂C基催化剂的结构和性能有很大影响。通过对Co/Mn=1、2、5、10和20这五种催化剂进行对比研究,发现随着钴锰比例增大,CO转化率呈现逐渐增大的趋势,单位质量Co的水煤气变换反应活性呈现先增大后减小的趋势,Co2Mn1催化剂单位质量Co的水煤气变换反应活性最大。对焙烧、碳化和反应后的催化剂进行XRD表征,发现添加了Mn助剂后催化剂会形成CoMn复合氧化物,反应后的催化剂颗粒尺寸相比碳化后的催化剂明显增大。对反应后的催化剂进行TEM表征,发现反应后的催化剂中出现Co₂C棱柱状纳米结构。综合性能评价与结构表征可知Mn作为催化剂助剂会促进棱柱状Co₂C的形成,同时Mn作为分散剂能够增加催化剂分散度,降低Co₂C的颗粒尺寸,因此提高了催化性能。3、金属助剂对Co₂C基低温水煤气变换催化剂构效的影响研究初步探究了几种金属助剂的加入对Co₂C基催化剂低温水煤气变换催化剂构效的影响。发现贵金属的加入能够提高Co2Mn1催化剂的水煤气变换反应活性,其中Au的效果最好。采用浸渍法制备得到负载Au的CoMn催化剂相比于未负载Au的催化剂活性有明显的提高。但是通过浸渍法制备的Au催化剂会发生Au纳米颗粒团聚,影响了催化剂的水煤气变换反应活性。因此需要寻找新的方法控制Au的颗粒尺寸,提高催化剂的反应性能。