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近年来，随着全球经济的迅速发展，原油价格持续攀升，供需矛盾进一步加大，Fischer-Tropsch合成(F-T合成)因可以将煤、天然气和生物质等含碳资源转化为清洁的液体燃料而受到广泛关注。此过程的核心问题之一是催化剂的研究与开发。在所有F-T合成催化剂中，铁基催化剂兼具原料廉价易得、操作条件范围较宽、水煤气变换(WGS)活性适中等特点而成为最具有工业应用前景的F-T合成催化剂。为了调变催化剂的反应性能，通常需加入某些助剂。金属助剂作为最常用的助剂之一，主要包括K、Cu、Mn等。关于金属助剂在F-T合成催化剂中的相关报道有很多，但是重点考察金属助剂对铁基催化剂表面性质影响的相关报道却很少见。另外，很少有将催化剂的表面性质与反应性能相关联的深入研究，因此需要更系统的工作加以研究。
本文以碱金属K作参比、选用贵金属Ru、Rh、Pt以及过渡金属Cu、Ni作为助剂，选用体系较简单的Fe/SiO2催化剂为基体，采用X射线光电子能谱(XPS)、程序升温脱附(TPD)、程序升温加氢(TPH)、程序升温还原(TPR)、低温N2物理吸附、X射线衍射(XRD)、M(o)ssbauer谱(MES)等表征手段，重点考察了金属助剂的添加对催化剂表面化学性质、物相结构以及反应性能的影响。旨在探索金属助剂对F-T合成铁基催化剂表面化学修饰作用，希望获取助剂作用机理，为工业催化剂的优化提供基础支持。获得的主要研究成果如下：
1．采用并流共沉淀、喷雾干燥以及等体积浸渍相结合的方法制备了Fe/SiO2/M(M:K、Ru、Rh、Pt、Cu和Ni)催化剂，采用XPS、TPD、TPH以及TPR等表征手段，重点考察了金属助剂对铁基催化剂表面化学性质的影响，主要包括对表面电子转移情况的影响、对表面气体吸脱附行为的影响、对表面生成碳物种的影响以及对还原和碳化过程的影响。结果表明，在氧化态催化剂中，几种金属助剂添加后，均使Fe2p轨道的结合能向低结合能方向偏移，即金属向Fe转移了电子。对H2的解离吸附情况，K助剂起到了一定的抑制作用，而Cu助剂的作用则相反；对于CO的解离吸附，K助剂起到了明显的促进作用，而其他几种金属助剂则起到了抑制作用，其中抑制作用最强的是Ni，最弱的是Rh。同时，K助剂促进了催化剂表面碳物种的生成；贵金属Ru、Rh、Pt均不同程度的抑制了碳的沉积；过渡金属Ni、Cu使催化剂表面生成碳物种的种类丰富，其中催化剂Fe/SiO2/Cu在高温处还有石墨碳物种的生成。H2-TPR结果表明，Ni的作用与K相似，即促进了高温区的还原，抑制了低温区的还原，而贵金属Ru、Rh、Pt的作用与Cu类似，均明显促进了催化剂的还原；CO-TPR结果表明，K、Cu明显促进了催化剂的还原和碳化，贵金属促进还原和碳化的顺序为Rh＞Ru＞Pt，助剂Ni与Cu相比，作用相对较弱。
2．选用低温N2物理吸附、XRD以及MES为表征手段，重点考察了金属助剂对催化剂物相结构的影响。结果表明，Cu、Ru的加入明显促进了铁氧化物的分散，而Ni、Rh、Pt的作用相反。还原后，催化剂Fe/SiO2/K生成的铁碳化物含量最多，与K相比，助剂Cu、Pt、Ru、Ni促进碳化的能力依次减弱，而Rh则对碳化产生了一定的抑制作用。反应后，催化剂Fe/SiO2/K的铁碳化物含量变化较小，而其他催化剂的铁碳化物含量与还原后相比均显著减少，说明K助剂对铁碳化物具有一定的稳定作用。
3．在H2/CO=2.0、260℃、1.5MPa和2000 h-1的条件下，采用固定床反应器考察了金属助剂对铁基催化剂反应性能的影响。结果表明，几种金属助剂的添加均提高了催化剂的F-T合成和WGS反应活性，其中由于K助剂具有稳定铁碳化物的作用，因此催化剂Fe/SiO2/K的稳定性较好；而催化剂Fe/SiO2/Ru、Fe/SiO2/Ni却存在一定程度的失活现象。选择性方面，由于助剂Rh、Ni、Ru加氢能力较强，因此增加了催化剂上CH4选择性，降低了C5+和烯烃选择性。同时，除催化剂Fe/SiO2/Cu外，其他金属助剂添加后，催化剂上生成CH4的含量可能与低温时程序升温加氢生成的碳物种含量相关。