木质素是自然界中储量丰富且富含芳香结构的可再生资源，有望替代有限的化石能源生产高附加值芳香产品。选择性断裂木质素芳香单元结构间的C-C/C-O键同时保留其芳香结构，是木质素转化利用的关键步骤。然而，目标C-C/C-O键键能较高，难于断裂，因此开发高效的无金属催化体系催化活性物质生成，降低木质素转化能垒，使木质素在温和的条件下转化具有重要的学术意义和应用价值。离子液体具有极低的蒸汽压、良好的化学稳定性和灵活的可设计性等特点，为实现上述目标提供了新思路。利用离子液体作为反应介质，设计离子液体结构、调控其与反应底物的作用位点及氢键供/受体能力，有望使反应物分子活化，催化反应过程。基于以上研究背景，本课题通过调控离子液体阴阳离子结构，形成离子液体与木质素多位点相互作用，开发出具有活化木质素链节、促进木质素C-C/C-O键选择性断裂的高效离子液体催化体系，使木质素在温和且无金属的条件下转化并得到高附加值芳香产品。围绕离子液体结构特性、离子液体与木质素链节间相互作用关系、离子液体活化木质素分子作用机理等内容展开了基础研究，为开发高效、绿色、低能耗的木质素转化工艺提供了新思路。本论文主要研究内容及创新性成果如下：（1）基于木质素自身含发色基团的结构特性，通过调控离子液体阴离子结构，形成离子液体-木质素β-O-4-酮链节多位点相互作用，在紫外光辐射下诱导木质素自生自由基，实现木质素在室温及无金属条件下C-C/C-O键发生断裂。考察了离子液体结构、不同实验条件对木质素β-O-4-酮模型化合物化学键断裂的影响规律，进行了转化反应动力学研究，通过量子化学计算及自由基检测实验探索了木质素光催化转化机理。发现离子液体1-丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐（[PMim][NTf2]）中阴离子[NTf2]-能够与木质素β-O-4链节相互作用，使其C-H键活化并断裂生成自由基，继而引发自由基链传递反应，导致木质素C-C/C-O键断裂。该反应过程中，表观活化能计算值为47.6 kJ/mol，活化能较小，说明目标C-C/C-O键在该体系中断裂能垒较低，使反应条件温和、无金属。在室温、常压空气、100 mW/cm2紫外光辐射及Brønsted酸存在下即可发生，反应物转化率可达98.4%，产物产率最高达到93.3%。（2）提出了利用腈基基团富含电子易形成氢键的特性，基于含[NTf2]-离子液体较好的活化性能，进一步调控离子液体腈基功能化阳离子结构，形成离子液体与木质素β-O-4-酮链节间多重氢键联合作用，促进木质素生成自由基，实现了木质素C-C/C-O键在常压空气及无金属条件下氧化断裂，无需光照。考察了离子液体结构对木质素β-O-4-酮模型化合物氧化效率影响规律，进行量子化学计算及光谱分析探索木质素氧化转化机理。发现离子液体1-腈丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐（[CPMim][NTf2]）中腈基功能化离子[CPMim]+可以与模型化合物醚键两侧的含氧基团形成三重氢键，在该多重氢键联合作用下，使其C-H键键能降低易于生成自由基，并进一步引发C-C/C-O键的断裂。该反应条件温和、无金属，在80 °C、常压空气及Brønsted酸存在下即可发生，反应物转化率可达98.3%，产物产率最高达到91.7%。（3）提出了针对更常见但键解离能更高的β-O-4-醇结构，利用光热协同作用降低反应能垒，同时调控离子液体阴阳离子/离子对与木质素β-O-4-醇链节间相互作用，改变木质素电荷分布及稳定反应中间体，实现了木质素在温和、无金属及光热条件下C-C/C-O键发生断裂。考察了离子液体结构、光热效应对木质素β-O-4-醇模型化合物转化效率影响规律；进行量子化学计算、自由基猝灭等实验研究木质素转化机理。发现离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐（[BMim][NTf2]）能够与木质素β-O-4链节相互作用，使其Cα-OH上‘O’原子的电荷密度增大，同时稳定碳正离子反应中间体，促进木质素Cβ-O键断裂，再在光热协同作用下发生Norrish I 型反应引发木质素Cα-Cβ键断裂。反应条件温和、无金属，在50 ºC、常压空气、100 mW/cm2紫外光辐射及Brønsted酸存在下，反应物全部转化，产物产率最高达到79.4%。（4）为了避免Brønsted酸应用，调控离子液体结构使其具备氧化性能，结合光热协同作用降低木质素降解能垒，实现了木质素C-C/C-O键在无酸、无金属、温和条件下发生断裂。考察了离子液体结构及光热效应对Alkali木质素转化效率影响，追踪转化产物分布在不同温度下随时间的变化规律，并进行木质素模型化合物的转化实验，研究Alkali木质素转化机理。发现离子液体1-丁基-3-甲基咪唑高氯酸盐（[BMim][ClO4]）能够显著促进Alkali木质素的转化，木质素单元结构间C-C/C-O键在[BMim][ClO4]、光热协同效应、O2的共同作用下断裂。反应条件温和，在80 ºC和150 mW/cm2紫外光辐射下即可发生，Alkali木质素芳香单体总产率达到4.4 wt%，以香草醛和乙酰丁香酮为主。反应体系中只有离子液体与Alkali木质素，无需添加金属或酸催化剂，操作简单、绿色。