我国褐煤储量丰富,且富含芳环和杂原子单元,具有从中获取增值产品的天然优势。围绕这一特性,深入了解褐煤中有机氧的赋存形式,并开发褐煤的非燃料利用技术,对于实现其高效利用至关重要。在相对温和的条件下,将褐煤有机质转化为衍生可溶组分,并根据组成结构特征差异进行定向提质是关键环节。在本论文中,基于“衍生轻质组分、重质组分和残渣分级定向利用”的思路,共设计了3种催化剂,包括Ni/M（金属—金属氧化物复合材料）、CoMoS_xO_y@C（金属硫化物—氧化物复合材料）和NiFe₂O₄（双金属氧化物）。以新疆大黄山褐煤（DL）为研究对象,共提出了3种催化解聚策略,包括DL的催化乙醇解、DL的两步级联催化解聚和DL萃取残渣的催化加氢裂解。此外,对衍生轻质组分、重质组分和残渣的组成结构特征进行了详细的分析与评估,并根据特征差异,采用分子动力学模拟和密度泛函理论（DFT）计算对相关萃取或反应机理进行了研究。（1）对于DL的催化乙醇解体系:Ni/M可以有效活化乙醇,并促进包括质子氢（H⁺）、氢自由基（H·）、乙基自由基（·CH₂CH₃）和乙氧基自由基（·OCH₂CH₃）在内的多种活性物种的转移。Ni/M的引入显著提高了DL衍生可溶组分的收率,包括轻质组分（ESP_C,32.4 wt%）和重质组分（34.1 wt%）。在ESP_C中检测到了更丰富的链烷烃和芳烃,表明Ni/M可以有效促进可溶物,尤其是轻质组分中氧原子的原位脱除。对于ESP_C的催化加氢转化（CHC）,Ni/M可以将H₂活化成双原子活性氢（H···H）。之后H₂和H···H均可在金属—金属氧化物的协同作用下进一步被活化成H·。因此,这期间存在H⁺、H·和H···H共3种活性氢物种的协同转移。氢化油中含芳环和含杂原子物种显著减少,而链烷烃和环烷烃占比显著提高。此外,酸性催化剂可以诱导氢化产物发生重排,生成双环环烷烃;石油醚、甲醇和水组成的三元混合溶液（含水量5%）可用于从轻质组分中快速富集富烃轻油和富酚轻油。分子动力学模拟计算结果进一步证实了,van der Waals、H-π和H-H在内的各种相互作用,共同促进了石油醚相和甲醇/水相中烃类和芳醇的快速富集。而水的引入,提高了甲醇/水相对芳醇,尤其是酚类物种的萃取选择性。（2）对于DL的两步级联催化解聚体系:通过原位共热解以及预硫化策略设计了一种新型金属硫化物—氧化物复合材料,CoMoS_xO_y@C。双金属高度分散且具有丰富多级孔的CoMoS_xO_y@C可以在不同体系中有效活化H₂和乙醇,并促进包括>C-O-在内的多种桥键裂解而无需氢化芳环。催化加氢裂解和催化乙醇解的两步串联,不仅可以提高催化剂的利用效率,还可以显著提高可溶组分收率（从42.7 wt%增加到70.0 wt%）。其中,轻质组分的总收率从17.5 wt%增加至27.0 wt%;通过对两阶段轻质组分的CHC,进一步证实了芳环的氢化较杂原子的脱除更容易进行。在CHC期间,杂原子的脱除是控速步骤之一。综合分析和评估后,第一阶段（热溶/催化加氢裂解）的衍生轻质组分更适合通过CHC升级为清洁液体燃料,而富含杂原子化合物的第二阶段（乙醇解/催化乙醇解）的衍生轻质组分更适合通过快速富集、柱层析分离提纯等手段从中获取增值化学品。（3）对于DL萃取残渣的催化加氢裂解体系:设计了一种快速制备NiFe₂O₄纳米球的一锅水热法。可磁回收的NiFe₂O₄具有优异的>C-O-桥键裂解活性,这与其有效活化H₂和H···H以及促进H·转移的特性有关。升高温度和降低初始H₂压力可以有效减少氢化产物和重排产物的生成,提高芳烃的选择性和收率。此外,NiFe₂O₄具有良好的循环稳定性。引入NiFe₂O₄后,可溶组分的收率从13.6 wt%提高至17.7 wt%。其中,轻质组分和重质组分收率的增幅分别为9.8%和46.7%。催化加氢裂解衍生轻质组分（SP_C）中芳烃的收率显著提高,进一步证实了NiFe₂O₄具有原位脱除可溶组分中杂原子的能力;相比于乙醇解衍生轻质组分,萃取物（EP）和SP_C中杂原子物种含量相对较低,因此CHC程序所需的时间更短。此外,脱氧较脱氮/硫更容易进行,加氢催化剂对氧原子的耐受性要强于氮/硫原子。EP和SP_C的组成具有差异,且均可高效转化为富含链烷烃和环烷烃的衍生氢化油,具有升级为清洁液体燃料的潜力。（4）对于重质组分的组成结构特征分析:对DL环己烷热溶（AP_C）、乙醇解（AP_E）和环己烷—乙醇两步顺序热溶(AP_CE)共3种不同策略获取的衍生重质组分进行了详细的分析和评估。AP_C与AP_E/AP_CE的微观结构特征显著不同。此外,AP_C中可能含有更丰富的-OH、>C=O和>C-O-官能团,并且仍可能含有部分中/小分子以及含弱/中等强度共价键单元,包括桥键结构。而AP_E和AP_CE主要以大/超大分子基团为主,且AP_CE的芳香度可能比AP_E高。CPP-GC/MS的分析结果表明,相比于惰性溶剂热溶,烷醇解对大分子基团中的含氮和含硫桥键有更好的裂解效果;基于钌离子催化氧化分析,AP_CE中可能以渺位缩合芳香族和聚芳基单元为主,其次还包含少量的迫位缩合芳香族单元、长侧链的饱和环单元、具有较长脂肪族侧链的芳环单元以及聚亚甲基桥键单元。（5）对于DL衍生残渣的结构差异分析:DL的嵌套基团中可能存在烷基取代的萘和苯酚。随着解聚程度的加深,衍生残渣有机质的芳香度增加。此外,含>C-OH和>C-O-键物种在所有DL衍生残渣的表面占主导,而吡咯氮和硫酸根/亚硫酸根取代物分别是最丰富的含氮和含硫物种。弱/中等强度共价键的裂解应该是DL萃取和解聚期间发生的主要反应。基于不同特性,衍生残渣可分别应用于不同工艺,包括热解、分级热溶/醇解、催化加氢裂解以及制备碳材料等。（6）基于DFT计算:在抑制H···H的转移并有效获取H·的前提下,降低温度有利于>C_ar-O-键的裂解。适当提高载体酸性,以保证足够H⁺的释放,有利于>C_al-O-键,尤其是>C_al-OH键的裂解。引入这三种催化剂之一可能会降低*C_al-O-键裂解的能垒。此外,乙醇解也可以诱导>C_al-O-桥键裂解,这期间涉及H·和·OCH₂CH₃的转移,而非·OH。该论文有135幅图、141个表和355篇参考文献。