日益严峻的资源短缺和环境污染问题给人类社会的可持续发展带来了前所未有的挑战,促使传统的以石油资源为基础的经济战略必须逐渐过渡到以可再生资源为基础的发展战略上来。生物质是一种清洁的可再生资源,以其可再生、多样性和生态友好等特点倍受人们青睐。由于未来数十年内大规模的燃料供给仍将主要依赖石油等传统化石资源的加工,由生物质高效转化为大宗化学品及基础化工品成为近年来生物质催化利用的研究热点。目前生物质可控转化的最重要方式之一是通过诸多结构确定且性质活泼的关键平台化合物的催化选择还原来实现。由于目前工业上H2仍主要从化石资源获得,如何以非贵金属为催化剂并进而在“少用H2”或“不用H2”情形下实现可控加氢脱氧或者选择还原等关键过程对于发展并形成新一代环境友好生物炼制催化新技术具有极其重要的现实与社会意义。本论文从乙酰丙酸(LA)及其酯类衍生物和甘油的可控转化入手,结合催化液相甲酸(FA)分解和甲醇水相重整制氢技术,提出了液相催化选择还原中实现少用或不用外来H2的研究设想。液相甲酸分解反应和甲醇水相重整反应在催化剂表面产生H2并应用于平台化合物的催化加氢反应,实现制氢和加氢的反应耦合,既可很好的满足生物炼制催化中对H2的需求,解决了H2制备和储运问题,又为创制选择还原催化新反应体系提供了可能,具有重要的学术意义和潜在的应用前景。研究结果具体如下：通过对包括Fe、Co、NI、Cu等在内的潜在非贵金属多相催化体系的广泛研究与筛选,发现采用草酸盐胶态共沉淀方法制备的Cu/ZrO2-OG催化剂可实现液相FA的高效选择分解。尽管该体系的实际催化效率远低于之前报道的Au催化体系,Cu在资源及价格方面的优势使得该发现极具现实意义。催化剂的构效关联研究表明,除了各组分的高分散性,Cu和Zr02之间的较强的相互作用也是决定其高活性的重要方面。稳定性结果表明,相较于其他焙烧温度,在500℃C焙烧所得Cu/ZrO2-500重复性最好,这与其具有较大的Cu分散度和Zr02的四方和单斜相结构有关。在对LA选择催化还原的研究中,仅以FA为可再生氢源,在Cu/ZrO2-OG催化剂上成功实现了等当量LA和FA至GVL的计量转化。该体系不仅性能稳定,同时也可成功地应用于真实生物质芦竹至GVL的高效催化转化。细致的动力学研究表明,液相甲酸在Cu/ZrO2-OG上的高效选择性分解以及LA的后续加氢均是实现上述过程的动力学关键步骤。与文献报道的LA选择催化还原相关体系相比,由于完全避免了对外来氢源的依赖,该铜催化过程的实现对于生物精练催化中不依赖化石源H2的催化选择还原新体系的设计与创制具有重要的启示意义。在对甘油氢解反应的进一步研究中发现,仅以生物源的甲酸为氢源,Cu/ZrO2-OG为催化剂,可在相较文献报道体系更温和的反应条件下实现等当量的甲酸和甘油至1,2-丙二醇(1,2-PDO)的高收率(94%)合成。在该反应中高分散的铜和Zr02载体间的协同作用同样至关重要,而铜含量为20 wt%的Cu/ZrO2催化剂被筛选发现为该过程的最优催化剂。仅有的相关文献工作认为甲酸在该过程中仅作为简单的氢转移试剂参与反应。我们的相关反应动力学研究结果表明,在铜催化体系中反应是经由甲酸先分解制氢并进而实现甘油的后续氢解而进行的。在利用甲醇重整实现乙酰丙酸甲酯(ML)催化选择还原制GVL的研究中发现,三元金属催化剂Cu/ZnO-Al2O3的反应活性和选择性明显高于其他二元金属催化剂,草酸盐胶态共沉淀法优于碳酸钠共沉淀方法,甲醇和水作溶剂有利于反应活性和GVL选择性的提高与改善。通过对反应路径的探讨,提出乙酰丙酸甲酯以甲醇原位产生的氢气还原制GVL的反应机制,指出借助Zn和Al间的协同作用来实现催化剂在低温反应条件下对ML还原的调控与优化,水的加入提高了重整活性进而抑制聚合副产物的生成。在优化反应条件下Cu/ZnO-Al2O3可多次重复稳定使用。构效关联研究表明,Cu/ZnO-Al2O3中小尺寸Cu的形成与稳定至关重要。最后,在以FA、甲醇或者合成气(H2/CO)作可再生替代氢源对纤维素(自然界中最丰富的生物质资源)的直接催化转化研究中发现,在Cu/ZrO2上很难实现纤维素的有效催化转化,由此意外发现在200 ℃C,4 MPa H2条件下可将纤维素直接氢解至山梨糖醇,其收率高达90%,远高于相关文献报道结果。进一步以Cu/ZrO2和H2WO4为双组分催化体系可实现水相条件下纤维素至乙二醇(EG)和1,2-PDO等的直接转化。最优反应条件为：纤维素浓度3.3 mg/L,200℃,4MPa H2,5 h。在该条件下得到了四种主要氢解产物,其中EG和1,2-PDO选择性累计高达64%。