随着化石能源的枯竭和环境污染的加剧,生物质等可再生资源的开发利用受到研究者的普遍关注。乙醇是一种重要的生物质平台分子,其存在产量大、可再生等优点,被广泛应用于油品添加剂、化学品等领域。然而,乙醇在油品中的添加量有限,存在吸湿、能量密度低等缺点,迫切需要实现乙醇的高值化利用。乙醇催化转化到丁醇等高碳醇搭建了生物质乙醇和高性能丁醇的桥梁,对乙醇高值化利用、丁醇的多元化生产都有重要的意义。本论文通过不同方法制备了一系列的高分散Ni基催化材料,并用于乙醇催化转化到丁醇等高碳醇的反应中,揭示催化剂结构与反应结果的关系,探索乙醇转化中C-C键选择性增长和控制的策略,为乙醇的高附加值利用和平台分子碳链增长提供相应的理论基础。催化剂活性中心的分散和金属间相互作用是影响催化剂反应活性的关键。本部分以Ni和Ce O₂为活性组分,通过改变载体结构和催化剂制备方法等方式,系统的研究了催化剂结构和乙醇催化转化之间的关系。首先,优化Ni和Ce O₂的负载量和反应条件,最终在10%Ni15%Ce O₂/AC的催化剂上,503 K下反应24 h得到26.9%的乙醇转化率、50.1%的丁醇选择性和84.1%的C₄-C₈高碳醇选择性。然后根据对不同碳载体上的Ni基催化剂的分析,可以发现载体的高表面积和丰富的表面官能团有利于Ni和Ce O₂物种的分散。改善Ni和Ce O₂位点的分散性分别提高了氢转移能力和醛醇缩合步骤,并随后提高了乙醇转化率和丁醇选择性。另外,为了使Ni基催化剂具有较高的稳定性,Ni和Ce O₂物种应紧密相互作用。同时Ni的存在抑制了Ce O₂的碳化,并相应地提高了Ni Ce O₂/AC催化剂的稳定性。由于镧系元素的基本特性,在镍存在下的La和Pr氧化物表现出与Ni Ce O₂/AC催化剂相似的活性。金属电子性能的改变是影响金属加脱氢性能的重要手段。本部分以Ni4Mg Al O催化剂为前体,通过添加第二金属,改变催化剂的加脱氢性能,进而提高乙醇转化率和丁醇选择性。对Fe、Co、Cu等廉价金属和Pt等贵金属进行筛选,发现Cu的添加能够显著改变乙醇的转化率和丁醇选择性。在2%Cu-Ni4Mg Al O催化剂上,523 K、质量空速为1.89 h^-1和3 MPa N₂条件下,得到24.2%的乙醇转化率和63.0%的丁醇选择性。同时,催化剂具有较高的稳定性,连续运行38 h后没有明显失活。通过电镜、化学吸附等手段表征发现,Cu的添加能够显著改变金属Ni的脱氢活性,同时金属Cu的添加能够部分覆盖强酸中心、增加中等强度碱性位点,抑制乙醇脱水等副反应,从而提高丁醇的选择性。