本文选择了1,4-二甲氧基-β-D-葡萄糖（Glc）和β-D-葡萄糖（Glu）作为纤维素模型。首先运用量子化学中的密度泛函理论,分子中的原子理论,自然键轨道理论和红外波谱等方法研究纤维素在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[emim]Ac）中的溶解和再生机理。理论研究表明[emim]Ac与Glc或者[emim]Ac与Glu之间的相互作用都强于Glc与Glc,Glu与Glu以及[emim]Ac与[emim]Ac之间的相互作用,这意味着Glc和Glu更容易与[emim]Ac发生相互作用,由此我们推测[emim]Ac可以溶解纤维素。进一步的研究表明,[emim]Ac的阴离子与Glc和Glu的羟基形成了强氢键,当把水加入[emim]Ac与Glc或者[emim]Ac与Glu系统时,[emim]Ac与Glc或者Glu之间的氢键被削弱甚至被破坏。实验结果也表明,向离子液体[emim]Ac与纤维的溶液中加入水时,纤维素可以很快的析出。此外,我们使用傅立叶红外光谱仪（FT-IR）、X-射线单晶衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）和场发射扫描电子显微镜（SEM）表征了原生和再生纤维素,结果表明纤维素的晶体结构从纤维素I（原生纤维素）转变为纤维素II（再生纤维素）。其次,我们在相同的理论水平系统地研究了[emim]Ac与水分子之间的相互作用。理论研究结果表明[emim]Ac与水分子之间主要以氢键的形式发生相互作用。我们也通过研究水分子上羟基不对称伸缩振动的频率估算氢键的能量。此外,实验结果也表明水分子的羟基主要与[emim]Ac阴离子的COO—发生相互作用,并且水分子的羟基伸缩振动随[emim]Ac中水浓度的增加而变强,同时,羟基的伸缩振动频率发生红移,COO—的伸缩振动频率也向低波数方向偏移,这也说明离子液体的阴离子与水之间形成了氢键。最后,我们研究了催化纤维素制备5-羟甲基糠醛（HMF）,这个过程包括纤维素水解为β-葡萄糖,β-葡萄糖异构化为果糖以及果糖降解为HMF。因为金属离子和酸性离子液体可以协同催化α-葡萄糖转化为β-葡萄糖以及β-葡萄糖异构化为果糖,而酸性离子液体可单独催化纤维素水解以及果糖的降解。因此,我们探讨了以[emim]Ac为纤维素溶剂,不同的酸性离子液体为催化剂以及加入金属盐协同催化纤维素制备HMF。我们合成了一系列的酸性离子液体用于催化纤维素制备HMF。与此同时,我们考察了反应时间、反应温度、催化剂用量、金属盐、水含量、Cu²⁺浓度以及不同的酸性离子液体等对反应进程的影响。实验结果表明,向离子液体1-磺酸丁基-3-甲基咪唑甲烷磺酸盐（[C₄SO₃mim]CH₃SO₃）中加入Cu²⁺可以有效催化纤维素制备HMF,其产率高达69.7%。同时,我们提出了[C₄SO₃mim]CH₃SO₃和CuCl₂协同催化纤维素制备HMF的机理。关于[C₄SO₃mim]CH₃SO₃和CuCl₂协同催化纤维素转为HMF,目前还没有相关文献报道。