二甲醚(CH3OCH3，DME)作为一种优良的煤基洁净燃料，同时也是一种用途十分广泛的化工原料。其可由甲醇脱水和合成气一步法制取，已经实现了规模化生产。因此，DME作为洁净能源和中间化工产品受到了各国前所未有的重视。DME分子在合适催化剂活性位的作用下，可选择性地断裂C-H和C-O键，定向生成CH3-，CH3O-和CH3OCH2-等基团，从而可以从DME出发合成丰富的更大分子的含氧化合物作为有机合成原料、燃料或柴油添加剂。因此，研究DME分子催化活化机理及其高效转化，可以实现煤、天然气、生物质等含碳资源经DME制备高附加值化学品的技术突破，具有非常重要的理论意义和应用价值。　　聚甲氧基二甲醚(CH3O(CH2O)xCH3，DMMx，x=1～8)，具有较高的含氧量和十六烷值，是一种能够有效降低颗粒物排放的新型清洁柴油添加剂。目前，工业上合成DMMx的方法主要是通过酸催化作用由甲醇或甲缩醛(DMM)与甲醛(FA)、三聚甲醛(TOM)或多聚甲醛(PF)缩合制得。工艺路线包括甲醇氧化制甲醛、甲醛缩合制聚甲醛、醇醛缩合等步骤，流程较长，能耗高，投资和运行费用高。针对我国煤炭资源相对丰富的特点，以及DMMx具有和DME分子相似的C-O-C链式结构，采用煤基DME直接氧化合成柴油添加剂DMMx，不仅具有原料易得、价格低廉、流程短、投资省、CO2排放低等优势，还可部分替代石油，减少对石油的过度依赖，是一条非常有竞争力和良好应用前景的清洁燃料添加剂的绿色合成路线。　　前期研究发现，催化剂表面的酸性和氧化还原性是DME氧化合成DMMx反应的两个关键因素。但在前期工作中催化剂氧化还原性主要是由贵金属或金属氧化物提供，氧化性较强易使反应发生过度氧化，目标产物选择性较低。鉴于碳材料本身具有的特有性质，其较大的比表面积作为结构载体能够更好的分散酸性组分，并且良好的化学导电性有利于氧化反应中电子的传递。基于此认识，本论文通过引入硫酸钛提供酸性活性位和碳材料本身具有的氧化还原活性位的有效组合完成协同催化作用，精心设计并制备了不同表面结构和表面性质的碳材料-活性炭(AC)及石墨烯(G)负载硫酸钛双功能催化剂，并在活性炭负载的硫酸钛催化剂上真正实现了仅DME和O2作为原料直接合成DMMx新的重要突破，显著促进了C-O链的增长。实验中探究不同碳材料表面官能团、微观结构、形貌、电子传递及酸性组分与碳材料相互作用等方面对C-O键链增长的影响规律，明确在C-O键链增长中起决定性作用的因素。主要研究内容及结果如下:　　1.根据DME直接氧化制取DMMx反应所需的催化活性位，在催化剂表面构建合适的酸性以及氧化还原活性位，设计并制备了Ti(SO4)2/AC双功能催化剂，系统考察活性组分负载量、反应温度、反应空速以及进料方式等条件对合成DMMx反应的影响。结果表明，在240℃，3600h-1反应条件下，30％Ti(SO4)2/AC催化剂表现出了优异的催化性能，真正实现了仅DME和O2作为原料直接合成DMMx的重要突破，并显著促进了C-O链的增长，DME的转化率为8.4％，DMMx的选择性达到84.3％，并且过程中没有COx的生成。活性炭较大的比表面积、发达的孔道结构以及丰富的表面含氧官能团使催化剂表面存在适量的弱酸性位和氧化还原活性位，从而有利于更长碳链DMMx的合成。　　2.考察具有不同表面结构及性质的碳材料（活性炭和石墨烯）对催化剂性能以及DME氧化反应的影响，从而进一步研究碳材料表面含氧官能团在DME氧化反应中所起到的作用。结果表明，虽然AC和G都属于碳材料，但是Ti(SO4)2/AC催化剂所表现出的催化性能要远远优于Ti(SO4)2/G催化剂。不同结构碳基载体与Ti(SO4)2组分之间相互作用的强弱，使Ti(SO4)2在碳材料表面分散状态和存在形式发生改变，进而影响了催化剂表面酸性和氧化还原性，致使催化剂合成目标产物DMMx的催化性能有明显差别。　　3.进一步考察不同SO42-前驱体(Ti(SO4)2，H2SO4和(NH4)2SO4)对催化剂催化活性的影响，发现在AC载体表面浸渍具有特定酸性的SO42-离子，不仅增加了催化剂表面的酸量，同时也促进了O2在活性炭载体表面的活化，并进一步转化为表面含氧官能团，参与DME氧化反应。SO42-离子周围的环境以及SO42-前驱体和活性炭之间的相互作用会对催化剂的活性和产物的选择性产生较大影响。因此，在DME直接氧化合成DMMx的反应中，保持催化剂表面氧化中心和酸中心的匹配是高选择性合成DMMx的关键。