化石资源的大量使用引起了一系列社会与环境问题， 由可再生生物质和CO₂温室气体制备燃料和化学品具有广阔的前景。 生物质基木糖醇和糠醇都是重要的平台化合物，是选择氢解合成二元醇类大宗化学品的理想原料，而CO₂温室气体是最廉价易得的C₁资源，是合成甲醇的理想原料之一。基于对纳米Cu催化剂C-O键氢解活性高而C-C键裂解活性弱特性的认识，围绕生物质和CO₂资源的开发利用，本论文主要开展了如下研究工作：

1. 以木糖醇选择氢解制备乙二醇和丙二醇为探针反应，考察了通过沉淀凝胶法制备的Cu颗粒分布均匀的系列纳米Cu-SiO₂催化剂的木糖醇氢解性能。系统研究了催化剂中Cu含量、焙烧和还原温度等对催化剂结构和木糖醇氢解性能的影响，同时也考察并优化了反应条件， 以Ca(OH)₂为碱助剂，在473 K和6 MPa H₂条件下，采用优化焙烧和还原温度处理的 90Cu-SiO₂催化剂，可以取得~70%的二元醇总收率。结合多项物理化学表征研究发现，木糖醇氢解活性及乙二醇和丙二醇的选择性随Cu颗粒增大表现出先增加后降低的“火山型”变化趋势，说明Cu催化剂上木糖醇氢解为结构敏感性反应。还研究了Cu-SiO₂催化剂在木糖醇氢解反应中的失活行为，发现催化剂中Cu颗粒的烧结和表面积碳是导致催化性能下降的主要原因。通过对使用后的催化剂重新焙烧和还原处理，可以使烧结的Cu颗粒再分散，同时消除表面积碳，继而有效恢复催化性能。

2. 基于对高碳糖醇选择氢解至小分子二元醇反应路径和机理的认识，设计合成了 Ni-Cu-SiO₂双金属催化剂，研究发现该类催化剂可以更高效的催化木糖醇氢解制乙二醇和丙二醇，在优化条件下二元醇的总收率可以提高至~81%，是目前多元醇氢解中取得的最好结果。通过多种物理化学表征发现，Ni 的掺入提高了催化剂中Cu的分散度、活性组分与载体之间的相互作用和活性金属的可还原性，经还原活化后以Cu-Ni合金形式存在。同时，以不同醇的-OH脱氢和羰基化合物的C=O加氢为探针反应，发现 Ni 的掺入可以同时显著提高Cu-SiO₂催化剂的脱氢和加氢活性。基于如上原因，Ni-Cu-SiO₂双金属催化剂在木糖醇氢解反应中表现出更优异的催化活性、二元醇选择性和稳定性。

3. 以生物糠醇选择氢解制备1,2-戊二醇和1,5-戊二醇为探针反应，分别考察了共沉淀法制备的酸性Al₂O₃和碱性水滑石分散的Cu-酸/碱双功能催化剂的氢解性能。结合多项物理化学表征研究发现，催化剂的糠醇氢解活性和戊二醇选择性随Cu颗粒增大表现出先上升后下降的“火山型”变化趋势，在颗粒尺寸~2 nm时催化性能最佳，Cu催化剂上糠醇氢解为结构敏感性反应。催化剂的表面酸碱性显著影响糠醇氢解性能，适宜的表面酸碱性有利于糠醇氢解制备目标戊二醇；载体与Cu活性中心之间的紧密相互作用对取得高糠醇活性和戊二醇选择性至关重要。考察了反应条件(温度、H₂压力、催化剂加入量、反应时间等)对催化性能的影响，在413 K和6 MPa H₂条件下采用10Cu-Mg₃AlO_x催化剂可以取得~80%的戊二醇收率，是目前非贵金属催化剂上取得的最好的结果。结合动力学研究，推测了Cu-酸/碱双功能催化剂上糠醇选择氢解制戊二醇的可能反应路径和机理。

4. 以环碳酸酯间接CO₂加氢制甲醇同时联产二元醇为探针反应，考察了一系列不同氧化物载体分散的纳米Cu催化剂的加氢性能。研究发现，沉淀凝胶法制备的Cu-SiO₂催化剂表现出最佳的活性和选择性，主要原因是该催化剂表面酸碱性最弱，过高的表面酸碱性对该反应不利。研究发现，Cu-SiO₂催化剂的活性还受 Cu0颗粒尺寸和表面活性物种价态的影响，环碳酸酯加氢在Cu催化剂上表现出结构敏感特性，催化剂表面 Cu⁰/Cu⁺的协同催化对获得高甲醇和二元醇收率起到至关重要的作用。在433 K和6 MPa H₂条件下，采用优化组分和结构的纳米Cu-SiO₂催化剂，甲醇和二元醇的收率均可>97%。研究了催化剂的循环使用稳定性，发现Cu⁰颗粒的烧结是催化剂失活的主要原因，B₂O₃助剂的加入可以明显提高催化剂在间歇釜式和固定床连续反应器中的稳定性。