5-羟甲基糠醛（HMF）是一种重要的生物质平台化合物,将其氧化成2,5-呋喃甲酸（FDCA）是一种可持续的制备生物衍生芳香族聚酯的方法,具有很大的发展前景。在本工作中,设计并研究了5-羟甲基糠醛定向氧化的催化体系,通过合成Cu/NC、Pt/NC、Pd Au@NC、Pd1-Au1@NC催化剂,探究它们在不同催化体系中氧化HMF的催化性能。首先,在氮掺杂石墨烯负载铜纳米颗粒催化氧化5-羟甲基糠醛体系中,通过电化学方法电解柔性石墨纸制备氧化石墨烯,在对其进行氮掺杂（NG）后,负载铜纳米颗粒（NPs）,以叔丁基过氧化氢（t-Bu OOH）为氧化剂,在温和的反应条件下得到了95.2%的产物产率,同时也通过使用不同催化剂和不同添加工艺对t-Bu OOH进行控制实验,考察反应过程中羟甲基糠醛和各种中间体的产率。其次,在生物质衍生碳材料负载Pt纳米颗粒催化氧化5-羟甲基糠醛体系中,流动的NH3条件下,通过对废柚皮的热解和N掺杂,制备了高氮（高达11.4 wt%）掺杂多孔碳材料（NC）,铂纳米颗粒（NPs）可以均匀地分散在氮掺杂碳载体表面,并通过掺杂的氮提高其稳定性。采用NC-800负载的Pt NPs（Pt/NC-800）可有效催化氧化HMF制备FDCA。对照实验表明,5-甲酰基-2-呋喃甲酸（FFCA）氧化为FDCA是HMF催化氧化过程的决速步骤。最后,在Pd Au单原子合金催化氧化5-羟甲基糠醛的体系中,制备了Pd、Au双单原子催化剂和Pd Au单原子合金催化剂,分别考察其在5-羟甲基糠醛催化氧化中的催化活性。结果表明,Pd、Au双SACs在HMF催化氧化中具有极低的催化活性。相反,以原子形态分散在Au表面的Pd Au单原子合金具有优异的催化活性。以Au（111）面为例,DFT计算表明,随着周围配位原子的变化,Pd位点的电荷态会发生明显变化,Au（111）中的Pd二聚体在HMF催化氧化中对分子O2和关键中间体（FFCA）具有最优的吸附能。根据以上工作,不仅可以成功设计出定向氧化HMF的催化体系（包括有碱与无碱,贵金属与非贵金属,纳米颗粒与单原子等体系）,并得出HMF氧化的相关反应路径及反应机理,为进一步研究更高效催化氧化HMF的催化体系提供了重要的理论依据,进而为将其应用到工业化生产提供理论基础,同时也为实现可持续、环保催化体系提供广阔的应用前景。