通过构建高效的催化体系实现由可再生的生物质资源制备精细化学品是当前绿色化学和生物质能源化工的研究热点之一。我们由此设计了基于金属有机框架化合物(MOFs)的酸－金属双功能催化剂实现了纤维素一步水解加氢制备山梨醇；构建了质子化的钒掺杂碳化氮[V-g-C3N4(H+)]以及酸性磷钼钒酸铯盐等酸－金属双功能催化剂,实现了果糖一步脱水氧化制备2,5-呋喃二甲醛(DFF)。以催化剂中酸密度和金属含量的比值(nA/nM)与山梨醇收率的关系研究了双功能催化剂中水解与加氢功能的平衡机制,以nA/nM与DFF收率的关系研究了双功能催化剂中脱水与氧化功能的平衡机制。该研究以多步反应的归并与耦合为策略,通过构筑双功能催化剂、利用酸与金属组分之间的平衡作用实现了生物质多步催化反应的一锅集成,提高了串联反应的原子经济性。研究促进了生物质基纤维素和糖类化合物的高值利用,对实现化石资源的部分替代具有重大意义；双功能催化剂中酸－金属平衡机制的研究为合理设计高效催化剂提供了重要理论依据。