乙酰丙酸酯是重要的有机化学中间体,广泛应用于调料和香精工业以及生产运输燃料的原料。为缓解世界范围内的能源短缺问题,开发以廉价生物质为原料获得的平台化合物合成乙酰丙酸酯是绿色化学研究的重要领域之一。其中,设计高效可循环使用的固体酸催化剂是其关键研究内容之一。当前,用于乙酰丙酸酯合成的传统固体酸催化剂存在孔隙率差的问题,不利于活性点与反应物充分接触,表现出低的催化活性；同时,以上固体酸催化剂还存在表面疏水性、机械性和热稳定性差等缺点,导致其循环使用受到限制。针对以上问题,本论文致力于形貌控制制备新型固体酸催化剂,通过模板辅助作用并控制制备条件,成功获得具有中空或核壳纳米结构的新型固体酸催化剂,并调节其表面疏水性,用于催化以生物质衍生平台化合物乙酰丙酸、糠醇或果糖为原料合成乙酰丙酸酯的酯化或醇解反应,系统评价所制备的新型固体酸催化剂的活性和稳定性,揭示反应机理。具体内容如下：1.通过重氮偶合反应,将芳香磺酸官能团键合到硬模板法制备的中空介孔碳球（HMCSs）上,成功制备了芳香磺酸功能化的中空介孔碳球催化剂（ArSO₃H-HMCSs）。采用TEM、FESEM、氮气吸附孔隙率测定、XRD、拉曼散射、FT-IR。XPS表面分析、酸碱滴定和ICP-OES等技术对ArSO₃H-HMCSs催化剂的形貌特征、孔隙率特性、结构和组成以及酸性点密度进行了表征。以乙酰丙酸酯化和糠醇醇解为模型反应,研究了磺酸基担载量和中空纳米球形貌及内径尺寸对催化活性的影响；同时,详细分析了ArSO₃H-HMCSs催化剂具有高催化活性的原因。通过GC-MS技术对反应过程中的相关中间产物进行识别,揭示了ArSO₃H-HMCSs催化乙酰丙酸酯化及糠醇醇解反应的机理。此外,通过催化剂循环使用实验,评价了其催化稳定性。2.采用P123单胶束模板的溶胶一凝胶共缩合路径,通过调控初始合成体系中Si/Zr摩尔比和酸度,成功制备了杂多酸和ZrO₂双功能化的有机硅纳米管催化剂(PW₁₂/ZrO₂-Si（Et）Si-NTs)。采用TEM、氮气吸附孔隙率测定、水蒸气吸附、FT-IR、固体共振核磁波谱、吡啶吸附测定、酸碱滴定和ICP-AES等技术对PW₁₂/ZrO₂-Si（Et）Si-NTs催化剂的形貌特征、孔隙率特性、结构和组成、疏水性和酸性位点类型及密度进行了表征。以乙酰丙酸酯化和糠醇醇解为模型反应,研究了杂多酸担载量、催化剂不同形貌特征和表面疏水性对催化活性的影响；同时,详细解释了PW₁₂/ZrO₂-Si（Et）Si-NTs催化剂具有高催化活性的原因。通过GC-MS技术对反应过程中的相关中间产物进行识别,揭示了该杂化催化剂可能的催化反应机理。此外,通过催化剂循环使用实验,评价了其催化稳定性。3.以非离子型表面活性剂P123为结构导向剂,采用溶胶一凝胶共缩并结合水热处理技术,通过调节初始制备体系中P123与有机硅烷的摩尔比以及酸度,同时,使用芳香磺酸和端位苯基基团进行功能化修饰,成功制备了芳香磺酸和苯基双功能化的有机硅纳米管催化剂（ArSO₃H-Si（Et）Si-Ph-NTs） 。采用TEM、氮气吸附孔隙率测定、水蒸气吸附、固体共振核磁波谱、酸碱滴定和ICP-OES等技术对ArSO₃H-Si（Et）Si-Ph-NTs多功能催化剂的形貌特征、孔隙率特性、结构和组成、疏水性和酸性点密度进行了表征。以乙酰丙酸酯化和糠醇醇解为模型反应,研究了芳香磺酸基团担载量、表面疏水性和中空纳米管形貌特征对催化活性的影响；同时,详细分析了ArSO₃H-Si（Et）Si-Ph-NTs催化剂具有高催化活性的原因。通过GC-MS技术对反应过程中的相关中间产物进行识别,揭示了ArSO₃H-Si（Et）Si-Ph-NTs催化乙酰丙酸酯化及糠醇醇解反应的机理。此外,通过催化剂循环使用实验,评价了其催化稳定性。4.以离子型表面活性剂CTAB为结构导向剂,采用两步共缩并结合水热处理技术,选用无机硅和桥联有机硅烷分别作为内核和壳层的前驱体,同时,使用有机磺酸硅烷前驱体对核、壳都进行功能化修饰,制备出具有丙磺酸功能化的微／介孔亲水核／疏水壳纳米硅球杂化催化剂（PrSO₃H-MM-SiO₂@Ph/BP/Et）。采用TEM、氮气吸附孔隙率测定、固体共振核磁波谱和酸碱滴定等技术对多功能的PrSO₃H-MM-SiO₂@Ph/BP/Et催化剂的形貌特征、孔隙率特性、结构和组成以及酸性点密度进行了表征。以果糖醇解为模型反应,研究了疏水壳层厚度和具有不同的疏水有机基团的壳层对催化活性的影响；同时,详细分析了PrSO₃H-MM-SiO₂@Ph/BP/Et催化剂具有高催化活性的原因。通过GC-MS和HPLC-MS技术对反应过程中的相关中间产物进行识别,探究了该核壳杂化催化剂可能的催化反应机理。此外,通过催化剂循环使用实验,评价了其催化稳定性。