生物质作为自然界唯一可再生的碳资源,可以部分替代化石资源生产化学品及燃料,满足人类社会对能源的需求。生物质原料中的纤维素,可以催化转化为一系列高附加值化学品,如糖醛酸、5-羟甲基糠醛（5-HMF）、γ-戊内酯（GVL）和乙酰丙酸（LA）等。这些化合物作为平台化合物分子,可以广泛用于合成药物、染料的中间体,也可以作为合成橡胶以及表面活性剂的添加剂。在纤维素催化转化反应过程中,已报道的反应体系主要集中于均相催化体系,但此类体系存在成本高、催化剂回收困难等局限。发展非均相催化体系有望很好地解决上述问题,并可以有效解决反应条件苛刻、反应效率低、产物分离困难等问题。基于此,本论文探索了不同的固体酸催化剂,包括商业的金属盐类、大孔树脂、分子筛和MOF材料等,并将其用于催化纤维素转化制备5-HMF和LA。通过对反应条件进行调控,实现对目标产物5-HMF和LA的选择性合成。具体研究内容如下:首先,本论文初步对比了各类商业固体酸催化剂对纤维素转化反应的催化效果,选择Amberlyst-15作为最佳催化剂。然后对反应的不同溶剂体系进行研究,发现相较于纯水体系,水和极性非质子溶剂构成的双相溶剂体系（包括GVL/H2O、THF/H2O、DMSO/H2O和环丁砜/H2O等）更有利于促进纤维素的转化。在考察的几种双相溶剂体系中,选择GVL/H2O作为反应溶剂,研究了该体系下不同反应条件对纤维素转化率和目标产物得率的影响。结果表明,在催化剂与纤维素的质量比为2:1、GVL/H2O双相溶剂体系中,反应条件为200℃、4 MPa N2、180 min时,乙酰丙酸得率可以达到59.24%,纤维素转化率为99.70%。随后,对此催化体系的反应液和反应残渣进行表征,并通过设计不同反应底物的实验,对固体酸催化剂在双相溶剂体系中的反应机理进行了探究验证。其次,本论文研究了THF/H2O双相溶剂体系中,采用MOF材料负载的不同非贵金属催化剂,如Fe-Cr/Ui O-66,催化纤维素转化为5-HMF和LA。通过对催化剂筛选以及反应条件优化发现,10Fe-10Cr/Ui O-66催化效果最好,且在体积比为1:1的THF/H2O双相溶剂体系中,200℃条件下反应180 min,可以获得10.74%的5-HMF产率,12.05%的LA产率以及58.9%的纤维素转化率。对催化剂进行了XPS、FT-IR、SEM、NH3-TPD等一系列的结构表征,深入探究催化剂对目标产物选择性差的原因。最后,本论文设计并合成了Fe-Cr/HZSM-5催化剂,并探究其在纤维素催化转化反应过程的催化效果。研究了不同金属负载比例对纤维素转化率和目标产物产率的影响,并对反应条件进行优化。结果表明,以5Fe-10Cr/HZSM-5为催化剂,在溶剂体积比为2:1的THF/H2O双相溶剂体系中,200℃条件下反应180 min,最高可以获得41.39%的5-HMF产率,16.76%的LA产率以及89.1%的纤维素转化率。随后,对此催化剂进行了XPS、XRD、SEM、TEM、BET、NH3-TPD等表征分析,深入探究其结构特征。综上所述,本论文开发了一种使用固体酸催化剂的双相溶剂反应体系,可以将纤维素定向转化为5-羟甲基糠醛和乙酰丙酸。此体系选择性高、反应条件温和、适用性好且绿色环保,符合当今世界绿色化学的发展需求,对生物质的转化与高效利用也具有重要意义。