由于化石能源的大量消耗及其燃烧排放温室气体引起的气候变化问题,人类将会面临能源和环境危机。为了克服这些危机,利用丰富且低成本的木质纤维素生物质生产可再生能源、生物化学品和生物基材料是实现可持续发展的重要途径。木质素是地球上储量最大的天然可再生芳香族聚合物,具有生产生物燃料和高附加值材料的巨大潜力。木质素解聚是实现其高值化利用的关键。通常木质素增值转化需要在高温和氢气条件下才能实现,能耗大、设备要求高。催化转移氢解（Catalytic Transfer Hydrogenolysis,CTH）可以将溶剂中的活性氢转移到木质素分子链,实现低温、非氢气氢源条件下木质素中C-C键和C-O键断裂。在这类反应中,催化剂起着至关重要的作用。本论文通过构建杂多酸（Heteropoly Acids,HPAs）氢转移体系（HPAs-CTH）研究:1)木质纤维拆分和同步转化;2)催化硫酸盐木质素解聚;3)合成2D结构限域的金属催化剂（Pd/Co3W-N-3DHFLNs）,提高CTH的传质能力;4)氮掺杂Pd/C催化剂在CTH反应中的作用机理。主要研究内容如下:HPAs-CTH体系的构建及其拆分木质纤维并实现各组分同步转化:低碳醇提供质子,杂多酸转移质子,Pd/C活化质子。在170-190℃条件下,HPAs-CTH能催化桉木、甘蔗渣等生物质完全拆解并转化为二氯甲烷（DCM）溶解性产物和水溶性产物,得率分别达到40-46%和66-74%。通过研究杂多酸对C-C键和C-O键的拆解活性表明,硅钨酸(H4Si W12O40,H3Si W或Si W12)高于钨酸（H2WO4）、磷钨酸(H3PW12O40,H3PW或PW12)和磷钼酸(H3PMo12O40,H3PMo或PMo12)。在优化反应条件下,甘蔗渣和桉木原料转化为单酚的质量得率分别达到34.91 wt.%和43.55 wt.%。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）、凝胶渗透色谱法（GPC）和异核单量子相干（HSQC）核磁共振（NMR）对木质素油的表征研究证明,木质素在HPAs-CTH过程中主要是侧链烷基-芳醚键和糖苷键发生断裂,而酚类单体结构中仍然保留了部分甲氧基。HPAs-CTH催化硫酸盐木质素解聚制备木质素油,通过GPC证明,木质素油的分子量在100-700 g·mol-1,主要包括芳香族单体、二聚体和三聚体。研究发现杂多酸的类型、供氢溶剂和反应温度对单体得率均有显著的影响。并通过分子动力学模拟（Molecular Dynamics,MD）在分子层面阐述了杂多酸的氧（Terminal Oxygen,Ot和Bridging Oxygen,Ob）与木质素醚键（Oα、Oβ和4-O-5）之间的径向分布函数及分子间的相互作用。在优化的工艺条件下（异丙醇作为供氢溶剂,反应温度为190℃,反应时间为5 h）,分别利用硅钨酸和磷钨酸催化硫酸盐木质素解聚,木质素的转化率分别为95.0%和83.8%。然而,硅钨酸体系下可获得更高的单体得率,单体产物为含有1至3个烷（烯）基侧链的愈创木酚和紫丁香酚,得率为10.5/3.8/22.3/4.7%（C0/C1/C2/C3）。用配备电喷雾负离子源（ESI-）傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）分析木质素油高沸点有机物。结果表明木质素经CTH后,O/C减小,H/C增加,双键等价值（Double Bond Equivalence,DBE）显示木质素油仍然保持很高的芳香性。这主要归因于CTH对桉木和松木硫酸盐木质素解聚的同时发生了高度脱氧,但苯环上没有发生加氢反应。2D HSQC NMR分析表明木质素油的芳香区域G单元和S单元的信号减弱甚至消失,通过对不同区域的峰面积进行积分比较发现C-O脂肪区域（甲氧基区域）明显下降,芳香族和C-C脂肪区域明显增加,证明了解聚过程中发生了C-C键断裂、脱甲氧基和脱氧反应。2D纳米限域的金属催化剂（Pd/Co3W-N-3DHFLNs）催化C-O键断裂:催化剂空间结构的合理设计对于调控催化剂的活性中心、强化传质、控制反应路径、提高催化活性至关重要。因此,本章成功合成结构限域的双金属催化剂。首先,通过形状控制策略成功合成钯纳米晶（Palladium Nanocubes,Pd NCs）并用其作为晶种在（100）面生长ZIF-67（MOF）晶体;然后,以所制备的Pd/Co-ZIF为模板,以硅钨酸为配体物,在溶剂热条件下通过自发相变过程重建原位相结构,形成具有三维分层花瓣状的双金属氮化物纳米片（Pd/Co3W-N-3DHFLNs）。通过分析表明合成的催化剂不仅具有良好的CTH活性,可以促进木质素二聚体C-O键的裂解,同时还能通过封装防止Pd NCs的聚集和渗漏,从而使其保持更好的循环稳定性。更重要的是,所制备的催化剂对木质素的催化转移氢解具有优异的活性和良好的尺寸选择性,生产大量的低分子量芳香化合物。Pd/CNX催化剂的制备及在CTH反应中的催化机理研究:木质素衍生生物油的升级是生产可持续生物化学品和燃料的必要步骤。由于木质素中含有丰富的α羟基,因此,需要选择性氢解以切断木质素中的Cα-OH键。为此,我们利用壳聚糖为原料制备了氮掺杂碳（CNX）,然后将Pd NPs锚定在CNX上得到了Pd/CNX催化剂,并在温和条件下对非酚木质素模型化合物3,4-二甲氧基苄醇（藜芦醇）进行加氢脱氧（Hydrodeoxygenation,HDO）研究。结果表明藜芦醇脱羟基反应可实现几乎100%的转化率,并且对1,2-二甲氧基苯（46%）和3,4-二甲氧基甲苯（54%）具有高度选择性。Pd/CNX在220°C下与1%HCOOH混合时具有优异的催化性能,且对3,4-二甲氧基甲苯表现出更高的选择性。通过密度泛函理论（DFT）计算研究氢转移机理;首先溶剂和底物羟基在富含Pd~0表面脱氢,然后通过CNX促进电子转移到底物使Cα-OH键和Caromatic-Cα键发生断裂。总之,本课题构建的HPAs-CTH可以将溶剂中的活性氢转移到木质纤维分子链,实现低温、非氢气氢源条件下木质纤维生物质的拆解和木质素解聚。在环保和经济层面都具有独特的吸引力,因此,具有广泛的推广应用前景。