生物质作为自然界中唯一可持续的有机碳来源，在解决环境和能源问题、创建一个碳中和的社会方面展现出巨大的潜力。木质生物质是由具有C―O/C―C键的基本结构单元构成的高分子化合物，活化、断裂这些C―O/C―C键是生物质高值化利用的关键，因此在过去十年中受到了广泛的关注。本文首先简要综述了生物质转化中C―O/C―C键催化断裂的现状，主要关注C―O/C―C键断裂的关键挑战和现有策略。我们的目标不是全面概述C―O/C―C键活化断裂的现况，而是提出与C―O/C―C键断裂相关的核心问题并且对未来的研究作出展望。我们选择了碳水化合物和木质素中几种具有代表性的C―O/C―C键来讨论它们在不同情况下协同催化断裂的机理，然后对未来的研究提出自己的见解。

2, 5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFDCA)这一生物质衍生的增值化学品是石油基聚合物单体对苯二甲酸(TPA)的理想替代品。本研究采用一步共热解法合成了两种廉价金属修饰的氮掺杂多孔碳催化剂CoMn@NC，并将其用于5-羟甲基糠醛(HMF)在温和条件下的需氧氧化。由Co₃Mn₂@NC-800催化HMF在50 ℃和常压氧气的条件下反应12 h后，得到产率为85%的DMFDCA。多孔催化剂的高比表面积提高了传质效率。Co纳米粒子(NPs)和呈原子级分散的Mn与掺杂在碳中的氮配位形成M―N_x。富含吡啶氮的碳基体中的缺电子金属位点有利于HMF和氧的活化。氧形成的超氧自由基阴离子的存在确保了半缩醛中间体和5-(羟基甲基)-2-糠酸甲酯(HMMF)的羟甲基的脱氢氧化，从而高选择性得到DMFDCA。该催化剂性能稳定，可适用于各种取代芳醇。该催化体系具有用于生产聚合物单体羧基酯的应用潜力。

高熔点蜡(熔点 > 80 ℃)具有高熔点、高稳定性、低针入度、低迁移率以及耐磨坚硬等特点，在食品化妆、材料加工、电子机械、国防航空以及医疗领域有着重要的应用。但目前市场上的蜡产品熔点(50–70 ℃)较低。而我国高熔点蜡和特种蜡的需求量日益增加，预计缺口将突破70万吨。本文详细综述国内外合成高熔点蜡(熔点 > 80 ℃)的技术和工艺，包括聚乙烯蜡、费托蜡和生物质基蜡等，尤其对工艺涉及的催化剂和反应机理等进行了分析。聚乙烯裂解制备具有成本低、可以有效解决“白色污染”等优点，并且可以直接利用现有的催化裂化装置。但这一过程需要在高温的苛刻条件下进行，得到的蜡产品碳数分布较广、杂质较多，性能和色泽等方面不如直接乙烯聚合工艺的蜡产品。乙烯聚合蜡工艺则主要受限于复杂的工艺和昂贵的茂金属及非茂金属的配合物催化剂。高熔点费托蜡虽然性能优异并且技术也逐渐成熟，但其不同熔点的产品是通过不同长度碳链的精馏得到，产品是混合碳链的烷烃，仍然存在相对较宽的熔程。虽然生物质基蜡的合成研究刚起步，但其产物碳数单一，具有更窄的熔程；在合成过程中可根据需求选取特殊官能团的生物质平台小分子，还可根据特殊的使用场景对产品进行官能团化等。更重要的是，生物质基高熔点蜡更加契合世界各国的能源绿色可再生化和低碳化政策。展望了高熔点合成蜡的未来发展趋势，以期促进新的工艺和技术路线的涌现。

木质素是一种天然芳香族聚合物，约占木质纤维素的30%，是唯一通过裂解C―O醚键和C―C键生产芳香族化学品或液体燃料的可再生芳香族资源。迄今为止，对木质素氢解制备有价值化合物的研究主要集中在相对不稳定的C―O键的裂解上，这限制了木质素氢解的效率。采用水热法和湿浸渍法制备了多功能Pt/NbPWO催化剂。通过破坏碱木质素中的C―O键和C―C键，可以得到产率为18.02%的芳香族单体。该反应不仅可以断裂木质素聚合物中醚键，同时也可以断裂部分关键的C―C键。其氢解机理可能是丰富的Brønsted酸和Lewis酸位点参与了C―C的活化。此外，重点分析载体和Pt物种在Pt/NbPWO催化剂中的协同作用。

乳酸是制备可降解聚合物聚乳酸的主要单体。利用秸秆等原生生物质为原料经过化学催化转化制备乳酸对于碳减排具有重要意义。本工作利用同位素核磁和质谱详细探究了不同Lewis酸(Y³⁺，Sc³⁺，Al³⁺)催化纤维素制乳酸的反应选择性和机理。发现葡萄糖异构化为果糖的过程是决定纤维素制乳酸多步串联反应最终选择性的关键步骤，并明确了1, 3-二羟基丙酮生成乳酸经历了烯醇互变异构过程而非经典的1, 2-shift机理。

纤维素是木质纤维素生物质中最为丰富的组分，将其催化转化制备高附加值化学品在生物质资源化利用中占据极为重要的一席之地。由于纤维素中氧含量过高，需选择性地脱除部分氧原子才可获得满足当前化学工业对各类高值化学品的要求。近年来，针对纤维素以及由其衍生的关键平台分子葡萄糖和5-羟甲基糠醛(HMF)等催化脱氧的研究已引起广泛关注，并取得诸多重要进展。在此，我们总结了具有代表性的多相催化剂体系，讨论了利用氢解或脱水脱氧策略分别将纤维素和葡萄糖等分子中一个或多个C―O键裁剪制备乙醇、烯烃或己二酸等的研究。我们还着重介绍了HMF和其衍生的呋喃化合物选择性剪切C―OH/C＝O键或呋喃环中的C―O―C键分别制备二甲基呋喃和1, 6-己二醇等催化体系。此外，对各多相催化剂的作用机制和特定C―O断键机理也分别进行了探讨，以期深入理解纤维素及其衍生物的催化脱氧反应。

化学工业生产中，用氢气为还原剂，通过选择性加氢可以制备多种重要化学品。5-羟甲基糠醛是重要的生物质基平台化合物，而5-甲基糠醛是用途广泛的化学品。由5-羟甲基糠醛加氢得到5-甲基糠醛是一条非常理想的路径，但是选择性活化C-OH非常困难。本文设计并制备了Pt@PVP/Nb₂O₅(PVP: 聚乙烯吡咯烷酮)催化剂，该催化体系巧妙地结合了位阻效应、氢溢流和催化剂界面的电子效应，系统研究了该催化剂对5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛催化性能，在最优条件下，5-甲基糠醛的选择性可达92%。利用密度泛函理论计算研究了5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛反应路径。

甘油是重要的生物质基平台分子，可以从生物柴油生产过程中作为副产物大量获得。本文采用等容浸渍法，在氧化钛、三氧化二铝和氧化锆载体上制备一系列具有不同WO₃表面密度的负载Pt-WO_x催化剂，研究了它们在甘油选择氢解合成1, 3-丙二醇反应中的催化性能。实验结果表明，WO₃的表面密度显著影响这些催化剂的活性和1, 3-丙二醇选择性，它们均在1.5–2.0 W∙nm⁻²表面密度时表现出最优性能，表明分散的WO_x物种是影响Pt-WO_x催化剂性能的关键因素。通过原位红外CO吸附表征等方法发现Pt粒子与WO_x物种之间存在电荷转移和强相互作用，进而提高Pt-WO_x催化剂的甘油氢解转化为1, 3-丙二醇的活性。进一步比较甘油、1, 2-丙二醇和1, 3-丙二醇的氢解反应发现，1, 3-丙二醇的氢解速率常数低于甘油和1, 2-丙二醇，表明在Pt-WO_x催化剂上1, 3-丙二醇具有更高的反应稳定性，这跟Pt-WO_x催化剂具有较高的1, 3-丙二醇选择性相一致。结合氢气分压对甘油氢解活性表现出的火山型影响结果和在D₂/D₂O存在下，观察到的1, 3-丙二醇产物中仲碳与伯碳上的H原子数的比例(~1 : 2)，我们推测在甘油氢解合成1, 3-丙二醇反应中，甘油首先在Pt-WO_x催化剂上脱氢生成甘油醛中间体，然后甘油醛进一步脱水和加氢转化为1, 3-丙二醇。