（1）生物质高效分离-木质素优先

木质素是由苯丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键连接而成的具有三维空间网状结构的高分子聚合物，是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源。传统生物质精炼行业主要聚焦于纤维素及半纤维素的利用，木质素组分难以利用。因此，利用催化分馏反应将木质素优先降解得到木质素低聚物、单木质醇、苯酚单体等高附加值产物，同时保留纤维素和半纤维素结构，实现生物质全组分有效分离和利用。面向“木质素优先”的催化转化新工艺研究，开展木质素大分子高效降解的稳定催化剂构建、木质素单体的转化、寡聚物的利用等研究，实现木质素大分子降解策略，促进实现生物质全组分开发和利用，为农业低碳资源高效利用提供解决途径。

（2）纤维素和半纤维素制备平台化合物和高值生物基化学品

木质纤维素是地球上丰富的非粮可再生生物质资源。对木质纤维素中纤维素、半纤维素等组分进行定向催化转化，可生产一系列高附加值材料、能源和化工品（如HMF, FDCA, 糠醛，木糖等），以部分替代不可再生的化石能源。针对木质纤维素高值化利用的技术瓶颈问题，提出了炭基催化载体多源制备和定向构建的新原理和新思路，突破了炭基催化载体的形貌构建和高效催化的核心挑战，基于此开发了新型高性能炭基催化剂制备技术，为生物质精炼和高值化利用提供了新的技术路线。

（3）生物乙醇转化制可再生航空燃油和高附加值化学品

乙醇是生物质纤维素和半纤维素转化中重要的平台化合物。生物乙醇的高附加值转化是生物基化学品替代石油基化学品的关键技术，能够实现聚合物和燃料等多种化学品可再生生产。乙醇转化过程反应机理复杂，参与反应类型众多，例如氧化还原反应，加氢脱氢反应，碳-碳耦合反应等；相应的，乙醇转化的催化剂设计也需要协调多种反应位点，实现活性位点的高效耦合；此外，生物乙醇原料的高水含量和成分复杂性对催化剂的反应稳定性和结构稳定性也提出重要挑战。课题组致力于生物质转化领域研究，目前在乙醇制烯烃新型反应路径和机理、小分子醇/醛耦合反应和载体微环境对于单原子位点活性影响等基础研究领域取得突破；开发了新型乙醇制可再生航空燃油和化学品、醇类制芳香烃产品等多项技术。

（4）二氧化碳高效利用

CO₂是主要的温室气体，是一种广泛存在的碳源。将CO₂选择性转化为高附加值化学品可以缓解碳排放引起的温室效应，是实现碳中和的重要途径之一。生物质精炼过程中产生浓度很高的CO₂，利用这些CO₂来合成生物基化学品和材料将进一步提高生物质精炼的整体经济效益和增强全生命周期碳减排。由于CO₂分子具有较好的稳定性，不易发生化学反应，其转化利用大多需借助催化技术。课题组聚焦电催化和热催化转化方向，深入研究反应机理，致力于开发新型催化材料，旨在降低能源需求的同时，提高CO₂转化率。

（5）生物炭的制备与结构表征及其功能化材料应用

以木质纤维类生物质为原料，通过热解或水热炭化制备生物炭，并拓展其高值化功能材料的应用途径：1）制备生物炭基催化剂用于生物质精炼制取高值化学品；2）通过环境友好活化剂及表面氮掺杂制备高性能多孔炭（超级电容材料）；3）生物炭添加剂在高浓度有机质厌氧消化过程中抑制氨氮浓度并调控产氢产甲烷性能；4）制备水热炭微球以增强聚乳酸等生物可降解复合材料的力学强度、热特性及抗老化性能。此外，在木塑/炭塑复合材料中增强材料的综合性能。