化石燃料的日益枯竭使人类面临严重的能源危机,开发新能源是应对能源危机的有效方法。纤维素是自然界中最丰富的生物质资源,是一种极具潜力的可替代化石燃料的资源,纤维素的高效利用能够有效地减轻能源压力和环境污染。5-羟甲基糠醛（5-HMF）是重要的生物质基平台化合物,纤维素制备5-HMF需经过纤维素溶解、解聚为葡萄糖、葡萄糖异构为果糖和果糖脱水等一系列连串反应,目前这一反应过程存在纤维素转化率偏低、催化剂腐蚀性强、环境污染严重、再生和后续分离困难等问题,成为生物质原料制备5-HMF产业的技术瓶颈。离子液体具有热稳定性高、溶解性强、挥发度低、可设计性强、催化活性高、环境友好等优势,可利用其结构可设计的特性调控阴、阳离子的结构,从而设计出不同所需性质的离子液体。本文针对纤维素制备5-HMF连串反应中各步骤催化剂的性质,提出用Br?nsted-Lewis（B-L）双酸性离子液体协同催化反应,以达到提高纤维素降解率和5-HMF收率的目标。应用量子化学计算的方法分别模拟计算反应体系中各物质的结构、催化剂的酸性强弱和反应体系的前线轨道能量差,以预测催化剂的催化性能,从而降低催化剂的开发成本。用不同原料进行实验,以验证理论计算的准确性。本文的具体研究内容为:1.应用量子化学计算方法中的密度泛函理论对反应物、催化剂、二者复合体系的结构进行优化和频率计算。综合反应体系的HOMO、LUMO轨道能量差和催化剂的B、L酸性强度,推测出双酸性离子液体的催化性能强于单酸性催化剂。由理论计算结果推测本文设计的B-L双酸性离子液体的催化性能强弱为:[Hnmp]Zn2Cl5>[Hnmp]Zn Cl3>[HSO3-（CH2）3-MIM]Zn2Cl5>[HSO3-（CH2）3-MIM]Zn Cl3>[HSO₃-（CH₂）₃-NEt₃]Zn₂Cl₅>[HSO₃-（CH₂）₃-NEt₃]Zn Cl₃,其中[Hnmp]Zn₂Cl₅的催化性能最佳。2.合成了本文设计的六种B-L双酸性离子液体,通过FT-IR、¹H NMR、¹³C NMR和MS等方法对合成的离子液体进行了结构确认。以纤维二糖为模型化合物进行实验,验证理论计算的准确性。在相同反应条件下考察不同催化剂作用时5-HMF的收率,实验所得结果与理论计算结果基本一致,[Hnmp]Zn₂Cl₅对该反应的催化效果最好。考察了[Hnmp]Zn₂Cl₅用量、二甲基亚砜（DMSO）用量、反应温度、反应时间等因素对5-HMF收率的影响。3.以纤维素为原料制备5-HMF。在相同的反应条件下考察不同B-L双酸性离子液体作用下5-HMF收率随时间的变化情况,对比结果发现[Hnmp]Zn₂Cl₅的催化性能最好。考察了DMSO用量、[Hnmp]Zn₂Cl₅用量、反应温度、反应时间等因素对还原糖（TRS）收率和5-HMF收率的影响。