开发利用生物质能是促进全球能源转型和实现气候变化目标的重要途径之一。作为一类可由生物质衍生获得的平台分子,醇类化合物的高效利用一直受到各国科研工作者的重视,它可以通过C-C或C=N偶联等反应合成一系列高附加值的医药和化工中间体。这类反应常常经历脱氢、缩合等相对复杂的串联反应过程,因此对催化剂活性中心的种类、数量及其空间匹配提出很高要求。本论文针对上述问题,在深入理解反应路径的基础上,开展了乙醇脱氢偶联及醇胺氧化脱氢偶联反应催化剂的研究工作,发展了三种构建策略用于提升催化剂在上述脱氢偶联反应中的催化性能,通过多种表征手段和理论计算细致研究了催化剂的结构对反应性能更多的影响。论文的具体研究内容及主要研究结果如下:(1)乙醇脱氢偶联升级为长碳链醇需要经历乙醇脱氢为乙醛、羟醛缩合为3-羟基丁醛、3-羟基丁醛脱水为巴豆醛和巴豆醛加氢四步串联过程,不同活性中心之间的协同匹配对反应的总体效率至关重要。本章工作针对这一复杂的串联过程,通过简单的原位碳热还原法在介孔碳载体上构建了低负载量的同源RuO_2-Ru异质结构。在Ru负载量仅为0.75%时,催化剂能够在相对温和的条件下有效催化乙醇串联升级为正丁醇。多种表征和实验结果表明,邻近的RuO_2和Ru分别用作乙醇转化的羟醛缩合/脱水和脱氢/加氢位点。进一步的工作中,通过引入碱性位点LaO_x,构建Ru-LRapamycin体内实验剂量aO_x异质结构,可以显著提高乙醇串联升级反应的催化性能。在Ru负载量仅为0.5 wt%时,Ru-LaO_x/C催化剂上乙醇的转化率可提升到25.7%,对正丁醇的选择性提升至52.3%。这些结果证明,对于复杂的多步串联过程,通过构建异质结构的反应活性位点,可以有效发挥活性位点之间的协同作用,提升脱氢偶联反应的转化效率。(2)受上一章工作中异质结构的启发,同时考虑到贵金属高昂的价格,我们在本章工作中,选择非贵金属Cu作为金属中心,构建了一种Cu-LaO_x强相互作用结构(核壳异质结构)催化剂。该催化剂在乙醇脱氢偶联反应中表现出优异的催化性能,在250℃和压力2 MPa的条件下,乙醇转化率可达42.6%,对C_4-C_8醇的选择性高达71.7%,与当前报道的高活性贵金属催化剂Pd@Ui O-66相当。同时,该催化剂在超过120小时的长时间反应中显示出良好的化学稳定性。结合文献和实验结果表明,Cu核在该反应过程中作为催化脱氢和加氢的活性中心,LaO_x壳作为催化缩合的活性中心,两者协同配合使得Cu-LaO_x/C MOSI催化剂在复杂的反应条件下具有较高的催化活性。此外,从催化剂合成的角度来说,该金属-非氧化物强相互作用结构通过应力诱导构建而成,利用不同金属原子之间交换引起的局部应变驱动,打破了传统构建方法中对于氧化物氧化还原性的限制。(3)在前两章中,LaO_x作为稳定的碱性位点催化乙醇脱氢偶联反应中的羟醛缩合过程,在本章工作中,我们通过单原子策略将非可变价金属La设计成为氧化还原中心。该催化剂以介孔碳为基底,可通过简单的浸渍法制备得到。X射线吸收谱和密度泛函理论计算表明La单原子与三个N和一个O原子配位,并且由于催化剂暴露于空气,会有一分子O_2在反应前吸附在单个La原子上。EPR、Bader电荷和O_2-TPD分析表明吸附的分子氧被活化为超氧自由基。将其用于以空气为氧源的醇胺氧化脱氢偶联反应中,发现La单原子催化剂展现出比γ-Fe_2O_3、Fe_3O_4、Ni O和Co_3O_4等传统过渡金属氧化物更优异的催化活性和循环稳定性。此外,我们对La/C催化剂上苯甲醇氧化这一速控步骤进行了理论模拟,研究表明有两种可能的反应路径,并且反应过程中La单原子上的电荷差在0.15电子以内。这些结果表明,反应过程中的氧化还原电子转移是由于La-N和La-O键的自发调节而不是La中心的价态变化引起的。此外,该单原子化策略对其它很少FcRn-mediated recycling被设计为氧化还原催化剂的镧系元素(如Nd、Sm、Gd)同样适用。该工作为基于非可变价金属的氧化还原催化剂的设计提供了新的思路。综上所述,本论文针对醇类化合物的脱氢偶联反应,在深入理解反应路径和机理的基础上,通过调控催化材料结构,实现了醇类化合物向长碳链脂肪醇和亚胺的高效定向转化,这些工作将为醇类化合物高值利用提供借鉴。