木质素是自然界中含量丰富的芳香聚合物,也是生物质的重要组分,将其解聚为酚类单体化合物是木质素高效利用的主要方法之一。但由于其复杂的结构及较低的反应性,实现定向解聚并提高产物的产率和选择性被认为是木质素应用中的最主要的挑战之一。本论文通过“聚集态木质素分离及解聚过程中化学键的定向剪切”这一关键科学问题来解决。本文首先采用五种溶剂和两种分离策略对木质素分离进行了对比性研究,并探究了溶剂法分离对木质素结构的影响,开发了金属负载的碳化钼催化剂,对分离得到的木质素进行解聚,实现了温和条件下的木质素选择性生产高附加值酚类单体,最后通过模化物的解聚和密度泛函计算对木质素的解聚机理进行了研究。探究了不同溶剂（对甲苯磺酸、甲酸、乙二醇、离子液体、低共熔溶剂）和两种分离策略对玉米秸秆中木质素的分离效果,并通过表征对不同木质素的结构进行了对比性研究。结果表明,对甲苯磺酸（PTS）由于其酸性和独特的助水溶性,在70℃,20min,浓度为60%的条件下,秸秆木质素分离率达99.42%,分离效果好于低共熔溶剂、甲酸和乙二醇。而采用离子液体分离半纤维素和纤维素、保留木质素的策略,虽然可以实现半纤维素和纤维素的高效分离,但残渣中木质素纯度仅为26.57%,影响后续木质素的进一步利用。进一步对溶剂木质素与其它工艺获得的木质素的结构进行表征对比,发现工业木质素和水解木质素由于碱处理或酸处理时对结构破坏严重,损失了大量β-O-4键,生成了 C-C键,使结构更加顽固。而PTS木质素的结构较玉米秸秆中的原生木质素变化不大。二维核磁共振分析表明,PTS木质素主要含有愈创木基单体（69.07%）和紫丁香基单体（30.93%）。而化学键方面以β-O-4键和α-keto位的C=O双键为主。针对木质素解聚中贵金属催化剂成本高、产物选择性低以及反应条件苛刻等问题,开发了金属负载的碳化钼催化剂,并用于PTS木质素的水相解聚中。催化剂的表征结果表明,通过浸渍耦合渗碳反应的方式成功合成了碳化钼催化剂,而引入金属不仅可以促进活性中心β-Mo2C的生成,还可以改善催化剂的比表面积和结构。在优化的条件下（260℃,4h,20%甲醇添加量）,Ni-Fe负载的碳化钼催化剂可以解聚木质素得到89.56%的液体产率和35.53%的酚类单体,且其中4-乙基苯酚的产率达14.77%,实现了木质素在温和条件下的高效选择性解聚。采用NMR和HPLC-MS等技术对解聚机理进行了研究,结果表明在木质素解聚时,会先生成不稳定的中间产物,随后甲醇和活性氢会与这些中间体反应,使其转化为液体产物,从而抑制焦炭的生成。同时,催化剂中的Ni、Fe金属可以通过控制木质素侧链的水解反应,抑制4-乙基苯酚转化为苯酚,从而达到选择性生产酚类单体的目的。该催化剂在循环使用五次后,催化木质素解聚得到的酚类单体产率没有明显下降,且催化剂的晶体结构、形态和元素分布没有改变,说明其具有良好的循环性和稳定性。采用多种表征手段,以及通过木质素模型化合物的解聚,对负载型碳化钼催化剂中的各活性组分间的构效关系进行了研究。具体为,NixM10-x-Mo2C/AC催化剂中的Mo2C主要提供切断β-O-4键的酸性,而双金属（Ni-Fe/Cu）形成的合金可以修饰催化剂的加氢性能。同时,Ni-Fe/Cu合金与Mo2C间存在协同作用,可以促进模化物的解聚。通过对催化剂中金属比例以及反应条件的优化,木质素β-O-4模化物的转化率达到100%,且实现了 β-O-4键和C=O双键的完全断裂和加氢脱氧。对反应路径的研究表明,Mo2C可以控制β-O-4键的断裂先于C=O双键的加氢脱氧,而甲醇溶剂可以在反应中提供烷基侧链来稳定中间体。将优选的双金属催化剂用于PTS木质素的解聚,结果表明高酸性（1.3213 mmol/g）的Ni7Fe3-Mo2C/AC催化剂可以在280℃下催化木质素解聚得到85.11%的液体产物和35.42%的酚类单体,且PTS木质素中的β-O-4键和C=O被完全切断和加氢脱氧。通过密度泛函计算对催化剂的吸附性能和模化物MME的解聚机理进行了研究。结果表明,双金属NiFe（111）-Mo2C（001）催化剂对模化物的吸附效果比Mo2C（001）更好,且可以通过拉伸β-O-4键的键长,降低其键能,进而促进解聚反应的进行。同时,催化剂对解聚产物中部分加氢脱氧产物的吸附能较低,有利于其生成后迅速从催化剂表面脱附,并脱离反应。而催化剂对含C=O双键的产物吸附性强,便于这些产物继续通过加氢脱氧反应生成目标产物。对β-O-4键断裂机理的研究表明,先在β位加氢,再切断β-O-4键的反应能垒较β-O-4键一步加氢断裂的能垒更低,且利于后续产物中C=O双键的加氢脱氧。对于MME,先对其C=O双键加氢的总反应能垒高于先切断β-O-4键,说明β-O-4键的断裂先于C-O双键的加氢脱氧是最合理的反应路径,这一结论同时对MME解聚的实验结果进行了验证。