生物质水热处理是一种操作简易、过程绿色且产品多样化的生物质热化学转化技术。该方法以水为介质,在温和反应条件下可将生物质转化为化学品和先进碳材料,满足社会对清洁能源、化学品和碳材料的需求。通过对水热处理催化体系的合理设计,可高效将生物质转化为乳酸、乙酰丙酸（Le A）、甲酸（FA）、糠醛和5-羟甲基糠醛（HMF）等高附加值的平台化学品,这些平台化学品在材料及化学品合成中发挥着重要作用。同时,水热处理还是生物质转化为新型碳点（CDs）的重要方法,经过水热碳化可将生物质转化为用于光学成像与传感领域的CDs。然而,通过生物质水热处理高效催化转化平台化学品和高效制备CDs仍然面临巨大的挑战。本论文以生物质为原料,基于生物质水热转化技术,通过构建新型催化体系和绿色合成方法将生物质转化为高附加值的化学品和高得率的CDs,实现基于水热处理技术的生物质全部高效转化,为生物质的高效、高值化利用提供理论与技术参考。1.CO2增强均相催化体系高效转化纤维素制备FA和LeA。以CO2在水热反应中产生的原位碳酸为Br（?）nsted酸,协同Lewis酸Cr Cl3构建了一种均相高效催化转化纤维素及其衍生物的催化体系。研究发现,原位碳酸和Cr Cl3的协同作用可高效地将纤维素水解为葡萄糖,并异构化葡萄糖为果糖,使果糖脱水为HMF,且使HMF进一步水解产生FA和Le A。在180℃下反应90 min可将纤维素可转化为49%FA和32%Le A。这种新的催化体系可以与Br（?）nsted-Lewis酸催化体系相媲美,并且原位碳酸可替代强腐蚀性的无机酸（如盐酸、硫酸和磷酸）和有机酸（如苯磺酸、草酸和三氯乙酸等）构成新颖、高效、低成本、低环境影响的催化体系用于纤维素高效转化为FA和Le A。2.CO2增强多相催化体系高效转化纤维素制备HMF。以金属氧化物代替金属盐催化转化纤维素可克服均相催化剂分离回收难、回收成本高和对环境产生污染等问题。以CO2生成的原位碳酸,辅助Zr O2和Ti O2实现纤维素绿色高效催化转化。原位碳酸、Zr O2和Ti O2在THF/H2O/Na Cl溶剂体系中对纤维素和单糖的水解、葡萄糖异构化和单糖转化具有特异的催化作用。原位碳酸在纤维素降解过程中,能够促进不溶性多糖转化为可溶性低聚糖或单糖,增强多相催化剂对反应底物的吸附,从而促进金属氧化物催化纤维素的转化。通过TiO2、ZrO2和CO2体系催化转化纤维素可得到高得率HMF（48.4%）。原位碳酸在促进纤维素降解和提高HMF选择性方面具有显著的催化作用,是一种绿色、低成本、环境友好的可将纤维素高效转化为HMF的辅助催化剂。3.水热转化生物质制备CDs的得率普遍偏低,限制了该方法在规模化生产荧光碳纳米材料中的应用。水热转化生物质制备CDs与副产物水热焦形成机制均遵循La Mer模型,然而针对生物质CDs得率与水热焦得率及水热反应条件的相关性尚不够明确。以生物质水热碳化机理为基础,通过降低底物浓度和提高环境p H均可抑制副产物水热焦的产生,从而提高生物质CDs的得率。同时,反应初始环境呈碱性可显著提高CDs在溶液中的浓度。在初始反应p H=13时,CDs得率可提升至原来的5倍。所合成的CDs的直径为2-5 nm,具有优异的光致发光性能,可分散在PVP溶液中,并通过丝网印刷用于荧光成像。4.针对在生物质水热转化制备平台化学品和CDs产生大量水热焦问题,提出了室温下低浓度Na OH-H2O2处理水热焦合成高得率、荧光量子效率可调的CDs。水热焦中大量的共轭双键、羰基和醌型结构在处理过程中被氧化,从而产生表面具有丰富羧基和羟基的CDs。与传统的水热合成法及强酸氧化工艺相比,该方法可从生物质中获得得率高达76.9 wt%的生物质基CDs。此外,所合成的碳点平均尺寸为2.4 nm,其表面状态可通过调整氧化剂的浓度来调节,从而显著提高荧光量子效率。CDs对Pb2+的检测表现出优异的灵敏度,荧光性能在Pb2+浓度1.3-106.7μM的范围内呈现良好的线性关系。