糠醛是一种重要的生物质平台化合物，分子结构中含有C=O键、C=C键和呋喃环，结构的特殊性导致糠醛加氢产物比较复杂，目标产物选择性低。因此，研究糠醛加氢反应路径、机理和催化剂的构效关系是提高糠醛的转化利用效率、目标产物收率和过程经济型的关键。在明确反应路径、机理和构效关系的基础上，可以指导我们设计和优化糠醛定向转化成目标产物的高效催化剂。本课题立足点在于设计和优化一系列非Cr的铜基催化剂用于糠醛选择性加氢制备2-甲基呋喃(2-MF)和2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)，通过相关的表征技术对该反应的催化机理进行探索，为高效环保型工业催化剂的开发提供思路和指导。此外，生物质衍生物大部分都含有C=O键和C=C键，所以糠醛可作为一种重要的模型化合物用于研究C=O键和C=C键的加氢机理，为生物质及其平台化合物加氢催化剂提供设计思路和优化策略。本课题主要研究内容和结论如下:　　(1)糠醛分子结构中的C=O键、C=C键及呋喃环均可在氢气存在的条件下加氢脱氧得到多种产物。Cu基催化剂通常对C=O键具有较强的加氢/氢解活性，而对C=C键的加氢表现出很强的惰性。因此，设计了几种经典的模型催化剂Cu/SiO2、 Cu/Al2O3、Cu/ZnO、Cu/MgO和Cu/CeO2，用于糠醛C=O键加氢脱氧制备2-MF。基于Cu基催化剂基本的物理化学性质，从催化的角度对其C=O键的加氢活性和氢解产物的选择性进行了有效地调控，以期提高糠醛的转化率和目标产物2-MF的选择性。结果表明，2-MF的选择性随着催化剂酸强度的增加而下降，同时随着催化剂弱酸位点数目的增加而增加。这是由于弱酸位点促进了中间物种糠醇C-O键的氢解断裂，使得这个串联反应能够连续快速的进行。不同载体与活性金属Cu之间的相互作用差异较大，导致Cu颗粒分布不均，而且会使得CuO的还原性能发生很大变化。Cu基催化剂上糠醛选择性催化加氢的结果表明:Cu/SiO2催化剂具有较高的加氢活性和2-MF选择性，这主要基于该催化剂较高的金属Cu分散度和表面充足的弱酸位点，也充分证实了糠醛催化转化制备2-MF是一个金属和酸协同催化的过程。　　(2)针对Cu/SiO2催化剂在加氢反应中容易失活的特点，制备了结构高度功能化的页硅酸铜催化剂。由于制备过程中金属Cu和载体Si组分之间通过“O”原子形成了化学键，使得金属Cu组分在结构上达到了原子尺度的分散，有效地提高了活性金属的分散度，同时由于特殊层状结构的形成显著增强了金属和载体的相互作用，这种特殊的层状结构还促进了还原过程Cu纳米粒子的形成。由于前驱体中金属Cu粒子通过化学键嵌入到载体SiO2表面，因此在反应过程中Cu粒子不易聚集长大，使得该催化剂的稳定性显著提高。具有层状结构的页硅酸铜催化剂在糠醛加氢反应中，表现出突出的加氢活性和氢解选择性，且具有较好的稳定性。反应温度200℃，空速0.25 h-1，H2/Furfural=17时，2-MF的收率达到了95.5％，且运行215 h未见失活。通过与共沉淀法制备的Cu/SiO2对比，发现页硅酸铜催化剂180℃的催化性能优于共沉淀法制备的Cu/SiO2催化剂在200℃的催化性能，即页硅酸铜催化剂的使用至少可将该反应的温度降低20℃。同时液体空速的调变发现，当液体空速增大5倍后，页硅酸铜催化剂上糠醛的转化率仍保持100％，目标产物2-MF的选择性仅下降了10％左右，这充分说明具有层状结构的硅酸铜催化剂表面金属Cu的分散度是非常高的。　　(3)考察了Cu含量对页硅酸铜前驱体结构的影响，发现低Cu含量的页硅酸铜催化剂就可具有突出的加氢活性，利用页硅酸铜催化剂结构中金属原子规律排列的限域作用、金属的高分散以及金属-载体的强相互作用，有效地降低了金属Cu含量且保持催化剂的高活性，解决了传统Cu基催化剂在高含量下Cu粒子容易聚集失活的问题。由于该低含量的页硅酸铜催化剂结构被功能化后促进了高分散Cu纳米粒子的形成，同时这种特殊的层状结构还有助于限制金属Cu颗粒的迁移聚集，从而使得该催化剂的活性更高，稳定性更好，具备潜在的应用价值。本章工作通过对设计的一系列不同Cu含量页硅酸铜催化剂性能的测试，结果表明:当Cu含量为24％时，该催化剂上获得了较高的目标产物收率（糠醇=83.4％，2-MF=95.5％）。进一步通过WXRD、SXAS、FTIR和TEM等对该系列催化剂结构的完整性进行了考察，结果表明:金属Cu的分散度随着Cu含量的增加逐渐降低，金属Cu平均颗粒尺寸随着Cu含量的增加而逐渐聚集长大。此外，借助NH3-TPD和Py-IR对该系列催化剂表面的酸性进行表征，首次发现该系列催化剂表面的总酸量与体相中页硅酸铜相的相对含量成正比，页硅酸铜相的含量越高表面酸位点越多，酸位的增加会进一步促进中间物种糠醇C-O键的氢解。　　(4)根据金属Cu具有较强C=O键加氢活性，金属Pd和Ni具有较强的C=C键加氢活性，通过不同金属催化剂的加氢特性和装填模式对这个复杂的加氢体系中间产物的选择性进行了调控，实现了常压下糠醛高选择性制备燃料2-甲基四氢呋喃(2-MTHF)。以上研究结果表明:当反应器恒温段上部和下部分别装填两种加氢能力不同的Cu基和Pd基催化剂，在优化的反应条件下，目标产物2-MTHF的收率高达97.1％。本章工作，通过两种金属催化剂装填模式的调变，使高压加氢反应在常压(0.1 Mpa)下连续进行，大大降低了反应的氢耗，增加了经济效益。同时，两种金属催化剂的分段装填也避免了多功能催化剂的使用，有效地抑制了副反应的发生，提高了目标产物的选择性。该过程反应条件温和，目标产物收率高，且2-MTHF与水自动分层，相比目前的工艺，该工艺过程具有很高的经济效益，且普适性强。