生物质能作为一种储量巨大、分布广泛的可再生能源,可以通过热解手段制备高附加值的化学品和燃料,在能源与环境挑战日益严峻的形势下具有巨大的利用潜力。但是,生物质常规热解制备的生物油普遍具有含氧量高、热值低、腐蚀性强和稳定性差等问题,限制了生物油的储存、运输及应用,需要对生物油进行提质以制备高品位生物燃料。本文以稻壳和藻类为生物质原料,以Py-GC/MS为反应器探究复合改性、过渡金属改性对于催化剂催化性能的影响,以微波流化床试验台利用多孔金属单质与分子筛催化剂进行协同催化实验以探究最佳的催化-脱氧体系,并利用量子化学软件对生物质三组分进行非催化与催化热解反应模拟,探究催化剂对于热解反应的影响途径,为催化剂的选择及优化提供数据支持及理论依据。在改性分子筛催化剂催化性能实验方面,HZSM-5复合改性后制备的介-微孔复合分子筛H/M将烃类选择性由51.73%提高至69.84%,但烃类产物中多环芳烃（PAHs）比例较高;利用Cu、Fe、Co、Ni对MCM-41进行金属改性后,Cu、Fe、Co会导致烃类产物含量小幅度下降,但会提高烃类产物中小分子链烃的比例;Ni会小幅提高烃类含量但对各类烃类产物比例几乎无影响。利用过渡金属对H/M进行改性后,Cu改性体现出最佳的对于PAHs的抑制作用,PAHs由22.90%下降至17.89%;Ni改性则对烃类产物提高效果最佳,烃类总含量由69.84%提高至70.91%。藻类非催化热解产物中烃类含量达到了22.31%远高于稻壳,但在分子筛催化下热解产物中烃类含量不及稻壳,并且分子筛催化并不能降低热解产物中含氮有机物的含量（>20%）,因此分子筛催化剂并不适用于藻类的催化热解。在微波流化床热解试验中,当热解温度为550℃时热解产物中液相产物含量最高达到40.63%;金属单质单级催化下,热解产物中烃类含量提高不明显,而酸类、醛类物质含量降低,稳定性提高;利用H/M与金属单质双级催化时,烃类产物含量由H/M单级催化下的17.78%最高上升至21.22%（Cu）,而Ni对于单环芳烃具有最高的选择性27.20%;利用金属单质与金属改性H/M协同热解时,Cu-H/M+Ni体系表现出最佳的催化效果,烃类产物含量达到了22.14%的同时单环芳烃比例达到了31.26%。生物质三组分催化热解反应的量子化学模拟中,半纤维素在三组分中较易发生热解,其单体开环反应活化能为178.87 k J/mol而纤维素为251.71 k J/mol;开环后续断链反应中,非催化下半纤维素和纤维素的八条反应路径活化能均为334.72 k J/mol左右,即各反应路径竞争性接近;Ni O催化并且对于部分断链路径的促进作用十分明显,部分反应路径活化能分别从332.00 k J/mol、324.43 k J/mol、369.24 k J/mol下降至257.40 k J/mol、266.31k J/mol、277.61 k J/mol,远低于其他各反应路径,该三条反应路径竞争性提高,而这三条路径产物以三碳、四碳碎片为主,热解产物中小分子物质含量提高。