纤维素是自然界中最为丰富的生物质资源,年产量达到1011-1012吨。纤维素可通过水解、加氢、氢解和氧化等方式转化为包括乙二醇、丙二醇和乳酸等高价值化学品,但天然木质纤维素转化为C2-C3醇/酸化学品过程中存在相关问题:（i）纤维素转化浓度低（<5%）,增大纤维素浓度时出现目标产物选择性下降和积碳现象。（ii）催化剂循环稳定性差,在高温高压水热环境中催化剂的组成与结构发生变化,活性降低甚至失活。（iii）葡萄糖转化的两个过程C-C键断裂和C-O键断裂,反应机理尚不明确。（iv）纤维素氢解产物种类单一,不能调控产物的选择性。根据以上问题,本文的主要研究内容如下:1.针对纤维素转化浓度低的问题,我们利用沉积沉淀法合成Ni-WOx/Si O2纳米片催化剂。新合成的催化剂具有大比表面积（46 m2/g）、良好的金属分散度（Ni颗粒直径约18 nm）、包含大量的反应活性位点(W5+)和具有高水热稳定性。在Ni-W纳米片催化剂上,玉米秸秆纤维素（10 wt%）在245℃和4 MPa H2条件下转化率达到100%,乙二醇选择性达到57 C%。通过连续进样的方式,纤维素的累积转化浓度达30 wt%,最终获得16.9 wt%浓度的乙二醇产品。2.研究葡萄糖在WOx上进行逆羟醛缩合反应（Retro-aldol）的机理。催化剂的的活性测试与活性中心的关系表明,W5+的含量与乙二醇的收率、葡萄糖的转化速率呈正比,推断W5+是催化断C-C键的活性中心。通过葡萄糖在WOx上的紫外和红外吸附光谱我们推测出葡萄糖的醛基与W5+之间形成配位键,并构建出W5+与葡萄糖的醛基、b位羟基连接而成的六元环结构。计算表明由于W5+的吸电子作用,C3-OH的正电性/酸性增加,H从C3-OH转移到C1=O氧上,随后引起C2-C3键断裂,实现葡萄糖的C-C键断裂到C2和C4分子的过程。DFT计算出这一C-C键断裂过程的活化能垒Ea=17.69 kcal/mol,而动力学实验测试本反应的活化能垒Ea=17.37 kcal/mol,侧面证实了提出的葡萄糖在WOx上的反应活性中心、吸附模型和反应机理是合理的。3.为了实现纤维素一步法转化为生物燃料乙醇的催化过程,我们耦合三种具有不同催化功能的金属中心（Pd、Cu和WOx）。通过调节金属比例,使其参与的各基元反应的速率相互匹配,在300℃和4 MPa H2反应条件下,实现玉米秸秆纤维素转化为生物乙醇的过程（收率达42.5 C%）。动力学实验表明:纤维素解离为葡萄糖(k1=1.06 h-1,水中的H+催化),葡萄糖断裂C-C键(k2=0.37 h-1,WOx催化),羟基乙醛被还原为乙二醇(k3=1464 h-1,Pd催化)和乙二醇氢解为乙醇(k4=0.23 h-1,Cu催化),这四个串联反应的速率在Pd-Cu-WOx/Si O2催化剂上的各组分之间相互协调,实现纤维素到乙醇的高效转化(速率为0.163g·g-1Cat.h-1)。四步骤中以乙二醇氢解为乙醇的过程最难调控,通过CO-DRIFTS和Cu LMM-XAES等表征手段证明Cu+的电子特性和Cu+/Cu0比例都与Cu基催化剂断裂C-O键的能力相关。4.乙二醇转化过程中选择性断裂C-C键和C-O键是两个重要的反应。Cu催化剂具有高选择性断裂C-O键的能力,同时保留C-C键。然而Cu基催化剂在高温水热环境中的不稳定性制约其实际应用。在Cu/Si O2中掺杂Ni和Au金属后,增大Cu+/Cu0活性位点的分散度和材料解离H2的能力,加强材料断裂C-O键的活性。在乙二醇氢解的模型反应中,改进的Au-Cu-Ni/Si O2催化剂对乙二醇转化率达到73.1%,乙醇的选择性达到85.1 C%。此外Au通过嵌入到Cu Ni/Si O2催化剂的表面形成稳定的（Au-Cu+）-Cu0活性位点,极大地增强了Cu催化剂的水热耐受性。本项工作为生物质转化过程中的选择性断裂C-O键提供了一种高活性和高稳定型的Au-（Cu-Ni）/Si O2催化剂。5.根据醇/酸产物的可调性,我们设计一条开关式的反应路线,即在氢气氛围中,Ru Sn催化剂将纤维素转化为53.7 C%丙酮醇;经Ru/C进一步加氢还原后,获得1,2-丙二醇（收率57.1 C%）;而在无氢气条件下,Ru Sn催化剂转化纤维素和葡萄糖为乳酸甲酯（最大收率分别为28.2 C%和51.4 C%）。通过一系列的表征（XRD、H2-TPR、CO-IR、氮气吸附、NH3-TPD、Pyridine-FTIR等）与实验结果相比对,结果证明Sn Ox提供的L酸位点参与葡萄糖与果糖的异构化反应,Ru3Sn7合金是断裂C-C键（Retro-aldol反应）的主活性中心。在氢气中反应时,Ru1.5Sn3.0催化剂效果最佳（主要组成为Ru3Sn7+Ru）。催化剂中过量的Ru提供更多的加氢活性位点,有利于提高丙酮醇及1,2-丙二醇的选择性。而在氮气中反应时,Ru1.5Sn6.0中过量的Sn Ox（Sn/Ru=10.2/3）提高了葡萄糖异构化的能力,从而提高对产物乳酸甲酯的选择性。