生物质资源的开发和利用对于人类社会的可持续发展具有重要意义。木质纤维素类生物质是最为丰富的生物质资源,其分子结构以C-O和C-C键为主,对生物质分子结构单元定向剪切和转化制备高值化学品具有可行性,同时也存在较大的挑战。本论文针对生物质分子中C-O和C-C键的选择性催化活化反应开展研究,目的在于探索和开发简单高效的策略实现生物质原料的高效催化转化获得可应用于化学工业的高值含氧化学品,如芳香醛、酮化合物,己二酸等。论文第一部分工作着眼于开发和应用光催化的策略,在常温常压和模拟太阳光辐射条件下实现木质素及其模型分子C-O和C-C键的解聚反应,同时获得具有高附加值的芳香类化合物。论文工作开发了两类光催化剂体系分别选择性断裂木质素分子中特定C-O或C-C键。首先,研究发现硫化物光催化剂(如CdS,ZnmIn2Sm+3)能够高效高选择性断裂木质素β-O-4键获得高产率的酚类衍生物。并且这一策略能够直接应用于有机可溶木质素的光催化解聚过程,获得高附加值的芳香类单体。通过对β-O-4木质素模型分子的研究发现催化剂将底物分子Cα-H键切断生成苄基自由基中间体是反应的关键步骤。此外,通过能带工程策略调变ZnmIn2Sm+3（ZIS）固溶体光催化剂导带和价带的能级电位,可以进一步提高催化剂光催化断裂β-O-4模型分子C-O键的反应性能,光催化剂空穴氧化电位与Cα-H原子摘除反应性能存在正相关性,并且实验揭示催化剂表面的SH基团在反应过程可能通过生成S*自由基引发Cα-H原子摘除反应。另外,除了 β-O-4键连外,β-1键连结构也是木质素的重要部分。但由于C-C键的化学惰性,常温常压下能够断裂β-1 C-C键的方法很少报道,C-C键的存在也是木质素难以完全解聚为芳香单体的主要障碍。在本论文的工作中,研究发现利用Ag3PO4-C3N4复合光催化剂能够在常温常压和模拟太阳光辐射条件下高效高选择性地断裂β-1木质素模型分子,生成芳香醛产物。机理研究发现光生空穴通过活化Cβ-H键产生碳自由基中间体,这一中间体与超氧阴离子自由基作用从而发生C-C键断裂反应。在这一体系中不同类型的β-1底物都能获得66%-95%产率的芳香醛产物。论文第二部分工作着眼于实现来源于生物质纤维素的葡萄糖二酸经C-O键催化活化脱除羟基制备己二酸的反应。通过考察多种具有脱羟基反应活性的过渡金属氧化物催化剂催化D-葡萄糖二酸-1,4-内酯脱羟基反应的性能,发现铼催化剂具有独特和优异的催化脱氧脱水（DODH）反应性质,据此我们尝试并开发多相铼催化剂应用于葡萄糖二酸脱羟基反应,其中ReOx/ZrO2催化剂表现出最优异的催化性能,能够得到93%收率的脱羟基产物,完全脱除羟基的产物产率为41%。机理研究发现载体效应能够影响[ReOx]物种的氧化还原性质从而控制其断裂C-O键的催化活性,铼物种在反应过程中可能经历了 Re（Ⅵ）和Re（Ⅳ）的Redox过程。此外,通过耦合Pd/C催化剂进行加氢反应,最终能够将烯烃中间体完全转化为己二酸酯目标产物,收率达82%。