化石能源极速消耗带来的能源短缺问题已经成为人类近年来面临的一个重大且关键的问题。为了减少对于石油的过度依赖和缓解温室效应等环境问题,基于生物质来源合成可替代燃料吸引了越来越多的关注。其中,通过脂肪酸和甘油三酯与甲醇的酯化和酯交换反应以得到脂肪酸甲酯的第一代生物柴油已经获得了大量的研究。最近,基于木质纤维素衍生品4-乙基苯酚与苯甲醇和2-甲基呋喃与小分子醛酮的烷基化反应生成大分子燃料前驱物,随后加氢脱氧得到生物质高密度燃料的相关研究慢慢吸引了研究者的关注。这两类反应均可采用酸催化剂,但反应中的副产物水不仅容易吸附在酸性位点上,造成催化剂酸强度的下降,还会引发一系列的副反应,影响目标产物的选择性。因此,设计制备出一种既具有疏水性又具有超酸性的可循环催化剂具有重要意义。本文针对生物柴油和生物质高密度燃料的合成,基于重氮还原反应,通过改变功能化合物的种类和数量,精准调控材料的的酸量、酸强度和疏水性,设计制备了一系列疏水强酸性炭基催化剂。主要研究内容和结论包括:(1)研究了以商业活性炭为载体,通过一步法重氮还原反应接枝不同碳链长度的芳烃磺酸基团,制备了疏水酸性活性炭材料并作为油酸酯化反应、油酸甘油三酯的酯转移反应和2-甲基呋喃的烷基化反应的潜在催化剂。其中,萘磺酸接枝的样品AC-pNaphSO3H疏水性、酸强度和催化性能都明显优于硫酸直接磺化接枝和苯磺酸接枝的样品,表明接枝基团的碳链长度越长,材料疏水性和酸强度越高,越有利于催化反应。最终,4.27wt%AC-pNaphSO3H在酯化和酯转移反应中分别达到96.7%和86.3%的转化率,在烷基化反应中转化率为88.3%,目标产物选择性为86.2%,均优于商用离子交换树脂amberlyst-15。此外,该催化剂在酯化反应中循环五次后转化率仍有88.5%,体现出良好的催化性能。(2)研究了以生物质废弃物油茶壳为原料,将其高温活化后得到大比表面积的生物质炭材料作为载体,通过两步法重氮还原反应接枝酸性苯磺酸基团和疏水性叔丁基苯基团,制备了疏水酸性生物质炭材料并作为4-乙基苯酚与苯甲醇烷基化反应和2-甲基呋喃与环状酮的烷基化反应的催化剂。该系列催化剂不仅因其大比表面积提高了催化剂的酸量和反应的传质速率,还通过二次疏水处理解决的高酸量和疏水性无法共存的难题,实现了对酸性基团和疏水性基团的独立控制。与amberlyst-15和3.28wt%B-SO3H相比,此类催化剂在4-乙基苯酚与苯甲醇和2-甲基呋喃与环酮的烷基化反应中均具有更高的催化活性和选择性,对于高密度燃料的制备有着重大意义。此外,它们具有良好的稳定性,可重复使用至少5次。(3)研究了以自制生物质炭材料为载体,基于两步重氮还原法,通过接枝卤代苯磺酸基团再接枝叔丁基苯基团,成功制备得到了一系列疏水超强酸催化剂。这样的改进在增强了催化剂的酸强度的同时保证了其优良的疏水性。与amberlyst-15和3.28wt%B-SO3H相比,此类催化剂在4-乙基苯酚与苯甲醇和2-甲基呋喃与环酮的烷基化反应中表现出优异的催化活性和选择性。这些催化剂不仅有效的减少了副产物水给反应带来的负面影响,还在多次循环实验中表现出很好的稳定性和催化性能。该工作为烷基化等复杂的反应体系提供了一种高效、稳定的催化剂,并且进一步促进了重氮还原法在炭材料功能化领域的应用,有利于其在工业生产中的应用。