随着化石资源的日益短缺、环境污染和温室效应问题的加剧,我们迫切需要寻求一种可再生的绿色清洁能源。生物质作为自然界存在广泛、丰富的可再生资源,因此大量研究工作集中在了由生物质转化为高附加值的化学品和生物燃料上。2,5-呋喃二甲醛（DFF）和2,5-二甲基呋喃（DMF）分别是5-羟甲基糠醛（HMF）选择性氧化和加氢得到的下游产品。这两种物质可以合成很多高分子材料和高附加值化合物。目前在这两方面的研究主要集中在纳米尺度催化剂的构筑上,而纳米催化剂是以块状或纳米粒子的分散形式负载于载体表面,使得金属原子利用率不高,特别是对于贵金属,由于稀缺性和高回收成本而非常昂贵。针对这一问题,我们将金属纳米微粒继续减小至单个的原子使每个金属原子都可作为活性中心,使得催化剂的利用效率最大化。主要研究内容如下:以乙酰丙酮盐为前驱体,采用球磨法成功制备了原子级分散的Ru₁/Ni O催化剂。采用球差校正透射电镜（AC HAADF-STEM）、透射电镜、X射线光电子能谱（XPS）、X射线粉末衍射等表征手段证实Ru₁/Ni O中的Ru金属是以单原子形式孤立存在。此外,我们还合成了Ru₁/Zn O、Pd₁/Ni O、Pt₁/Ni O和Ru₁/Fe O_x等一系列贵金属负载在金属氧化物上的原子级分散的催化剂。将Ru₁/Ni O和其他催化剂应用在HMF选择性催化氧化制备DFF的反应体系中,其中Ru₁/Ni O催化活性最佳,在1 Mpa O₂和110 ^oC的条件下反应2.0 h得到了91.1%的HMF转化率和81.3%的DFF选择性。用球磨法还成功地制备了Pt₁/Co单原子合金催化剂,通过球差校正透射电镜、透射电镜、X射线吸收光谱（XAFS）、H₂-程序升温还原（H₂-TPR）、XPS等表征手段揭示了催化剂的分散状态、金属的价态以及金属间的相互作用。此外,我们还成功地制得了一系列不同的贵金属单原子合金催化剂（M₁/Co,M=Pd、Ru、Ir和Rh）,这表明该方法在制备单原子合金催化剂具有良好的普适性。之后,我们将Pt₁/Co催化剂的制备进行放大,实现了Pt₁/Co的公斤级制备。将不同M₁/Co单原子合金催化剂应用在HMF选择性加氢的反应上,Pt₁/Co催化剂的催化活性最高,在180℃和1.0 MPa H₂的条件下反应2.0 h,HMF可达到100%转化,DMF选择性可达92.9%。综上所述,该方法操作简单、经济、绿色环保,易于实现工业化应用,而且为开发催化可再生能源生物质的高性能催化剂提供了巨大可能性。