木质素是由苯丙烷结构单元组成的可再生天然芳香族聚合物,其储量丰富,被认为是替代化石资源生产芳香单体化合物最重要的原料。然而,由于木质素复杂的化学结构,目前仍缺乏高效的降解方法,使其至今仍未得到充分利用。液相催化解聚被认为是木质素转化成芳香单体化合物最有效的方式之一。因此,制备高效、廉价以及稳定性好的金属基催化剂,并通过催化加氢的方法选择性断裂木质素中的C-O键,将其转化为芳香单体化合物,对木质素高值化利用具有重要的意义。本论文围绕木质素解聚过程中金属催化剂易失活、解聚效率低等问题,构建了氮掺杂碳负载的Ru基催化剂和Ni-N-C单原子催化剂。结合密度泛函理论（DFT）计算,深入分析了木质素中C-O键断裂的机理。首先,采用两段热解程序直接煅烧氨基葡萄糖盐酸盐（GAH）、三氯化钌和三聚氰胺的复合物,原位制备氮掺杂碳负载的Ru基催化剂（Ru@NCM）,将其应用于木质素的氢解反应。在低温热解阶段,三聚氰胺和GAH经过热解缩聚分别形成层状的氮化碳（g-C₃N₄）和芳香碳骨架,这种类三明治的夹层结构能够抑制Ru纳米颗粒的团聚,促进超小粒径Ru纳米颗粒的形成。在高温热解阶段,氮化碳热分解产生的挥发性气体,有利于形成具有大量褶皱和丰富缺陷结构的介孔碳,提高催化剂的比表面积。同时,氮化碳热分解产生的氮原子掺杂到芳香碳骨架中,提高氮含量。由于Ru-N_x化学键的形成,Ru金属与载体之间产生明显的电子相互作用,可有效防止Ru纳米颗粒的团聚,从而形成高度分散的Ru纳米颗粒,并改变Ru的电子结构。较大的比表面积、丰富的缺陷介孔结构以及高度分散的Ru纳米颗粒,使催化剂Ru@NCM-800在木质素氢解中表现出超高的活性。其在乙醇/水溶液、相对温和的条件下（300oC,120 min,1.0 MPa H₂）能高效氢解木质素获得30.5%的芳香单体收率。相比于商业化的Pd或者Ru基催化剂,本论文制备的氮掺杂碳负载的Ru基催化剂,制备方法简单、成本低廉,具有大规模解聚木质素制备芳香单体的潜力。其次,通过热解三聚氰胺和GAH的混合物,制备氮掺杂的碳载体（NCM）。改变三聚氰胺与GAH的质量比,可以有效调控NCM的形貌、比表面积、氮的物种和氮的含量。随着三聚氰胺含量的增加,氮含量逐渐增加;氮物种也随之改变,变成以吡啶氮为主。当三聚氰胺与GAH的质量比达到10:1时,制备出高度分散、超小粒径（1.0 nm）的Ru纳米颗粒催化剂（Ru/NCM-10）,其在木质素氢解反应中表现出优异的催化活性,芳香单体收率达到40.7%。实验结果表明,氮原子与Ru纳米颗粒之间存在明显的电子相互作用,吡啶氮不仅可以充当金属的锚定位点,也能提高Ru⁰的含量。DFT计算结果表明,吡啶氮对木质素模型化合物2-苯氧基-1-苯乙醇（PPE）有很强的吸附作用,且使PPE分子中C_alkyl-O的解离能降低,是导致Ru/NCM催化剂高活性的原因。进一步,针对木质素大分子在多相催化过程中与催化活性位点不能有效接触的问题。通过热解碱木质素（碳源）、氢氧化钾（活化剂）和草酸铵（氮源）制备氮掺杂的分级多孔碳载体（LNPC）。LNPC的比表面积高达1824 m² g^-1,微孔-介孔-大孔之间相互贯通,大孔孔径的范围为50 nm?10?m。将LNPC负载1.5 wt%的Ru活性组分（Ru/LNPC）,解聚木质素得到45.6%的芳香单体化合物。通过比较载体中大孔孔径与木质素粒径之间的关系,提出了“分级多孔碳负载Ru催化剂氢解木质素的催化机理”。木质素大分子优先进入催化剂中的大孔并与部分活性位点充分接触,断裂木质素外围的醚键,生成分子量较小的木质素片段或者一些寡聚体。然后扩散进入载体的介孔和微孔孔道,提高传质速率,促进木质素与Ru活性位点的进一步接触,从而断裂C-O键生成大量的芳香单体化合物。最后,基于贵金属催化解聚木质素高成本的问题,开发出一种高负载量的Ni-N-C单原子催化剂（Ni-N-C SAC）并用于木质素的高效转化。单原子催化剂通过“螯合-锚定”策略实现,Ni离子先与螯合剂（GAH）中的含氧官能团或者氨基基团螯合,形成Ni-GAH的复合物。高温热解产生的氮自由基诱导Ni与N配位,最终形成原子级分散的Ni活性位点。同步辐射和DFT计算证明,催化的活性位点是Ni-N₄结构。与Ni纳米簇催化剂相比,原子级分散的Ni位点对氢气有更好的活化能力,且在C-O键断裂方面具有更好的活性。将其应用于木质素的氢解反应,芳香单体收率达到36.5%。