木材剩余物和废弃物的高效转化和功能化利用一直是木材科学与技术领域的重要研究内容之一。纤维素作为木材三大组分中含量最高的可再生资源,具有分子结构规整、表面官能团丰富、多级尺度等诸多优点。因此开发这种来源丰富、成本低廉、可大规模生产的纤维素基催化材料,对其转化途径、构效关系和功能用途开展研究是本论文的重要内容。本论文以天然丰富可再生的木质纤维为原料,在纤维素的多级尺度上加以调控来实现高性能催化材料的制备。从木质纤维中分离制备出酯化的纳米纤维素（CNF）,结合表面改性官能团的化学限域和自组装纳米多孔结构的空间限域,制备出双重限域下高负载金属钯（Pd）的CNF-Pd复合催化材料。从纤维素分子尺度锚定杂原子前驱体为出发点,借助磷酸室温溶解纤维素的溶胶掺杂/共掺杂碳化策略,制备出高含量磷掺杂、硼磷共掺杂和硫磷共掺杂的纳米多孔碳催化材料。结合密度泛函理论计算（DFT）探讨了活性位点和反应机理,研究了共掺杂原子在碳基质上的电子结构对活性位点的影响,以及不同原子间的协同催化机制。主要研究内容及结果如下:（1）结合水合低共熔溶剂绿色改性官能团制备功能化CNF,同时结合其纳米骨架上羟基间的氢键自组装特性设计合成了双重协同限域效应的CNF-Pd催化剂,测试了CNF-Pd在室温下对硝基苯酚加氢的催化活性和双官能团功能化硝基苯胺的催化选择性。结果表明,制备的CNF-Pd具有均匀分布的高载量、高活性Pd纳米颗粒,在表面羧基官能团的化学限域和纤维素交错介孔结构空间限域的双重作用下,Pd纳米颗粒稳定均匀分散在CNF自组装的基质中。CNF-Pd在模型物化学物的催化加氢中表现出较高的室温催化活性,反应速率常数为8.8×10-3 s-1,转换频率（TOF值）达到2640 h-1。CNF-Pd和合适溶剂的组合在硝基苯乙烯（NS）的室温转化中表现出良好的化学选择性加氢,与文献报道的相关催化材料相比具有明显的优势。（2）以纤维素分子尺度结构下高效掺杂为切入点,提出了一种溶胶掺杂碳化策略,通过室温溶解策略可将磷酸根阴离子最大量地分散到纤维素的大分子链上形成超分子掺杂溶胶前驱体,直接碳化获得比表面积1491 m~2/g和磷含量8.8 wt%显著优于常规浸渍法制备的磷掺杂碳材料（PC）。在最佳条件下制备的PC表现出优异的苯甲醇催化氧化性能,具有高TOF值、低活化能和良好的循环稳定性,优于大多数报道的杂原子掺杂非金属碳基催化剂和一些贵金属基催化剂。高磷掺杂、大的比表面积和丰富的晶格缺陷的结合增强了催化剂的催化性能,提高了电子转移能力并有助于改善反应物的吸附和活化。（3）基于不同电负性杂原子共掺杂的电子结构调控理论,结合DFT计算、实验验证和氧化机理,深入研究当不同电负性的次级杂原子引入共掺杂碳材料活性中心的电子结构与催化性能之间的构效关系。借助纤维素分子共掺杂溶胶碳化方法制备了硼磷共掺杂纳米多孔碳（BPC）。结果表明,BPC对醇氧化具有更好的催化性能,归因于更低电负性的硼原子使催化活性中心及其周围原子的电子结构重排下电荷以及带隙的变化,激活新的共活性位点,实现了一种完全不同但在动力学和热力学上更有利的催化反应途径。（4）基于边缘激活的杂原子共掺杂电子调控策略,将不饱和硫原子引入到PC中制备边缘缺陷激活且调节本征催化活性的共掺杂纳米多孔碳材料（SPC）,研究了共掺杂后SPC的理化性质、催化活性位点的电子结构和催化氧化的性能关系。结果表明,SPC具有丰富的孔隙结构、高比表面积、均匀分散的杂原子和理想的掺杂量。对苯甲醇氧化具有更好的催化性能,活化能仅为27 KJ/mol,具有明显的催化活性优势。SPC对于不同的官能团特性的伯醇在1 h可达到95%以上氧化成相应醛的高得率和高选择性。揭示了不饱和边缘S结构的费米能级处具有更高的态密度从而更有利于电子转移,而且高P掺杂和边缘S激活的共掺杂协同催化效应进一步增强了催化剂的整体活性。