生物质能是目前唯一可以直接转换为含碳液体燃料的可再生能源,我国有着巨大的生物质能储量,发展潜力巨大,但当前的利用率仍然很低。因此,实现将生物质热化学转为高品位液体燃料,部分替代传统化石燃料具有重大意义。而解决如何实现这一过程是当前研究的核心。从机理上对整个生物质热化学转化过程进行明晰,对于解决“高品位转化”这一科学难题具有重要且积极的作用。本文即以解析这一基础性难题,从基础研究出发,开展研究。首先,通过新型检测技术——电子顺磁共振技术（EPR）,结合现有的其他检测手段,对于木质纤维素类生物质三大组分之一的木质素进行热解机理的研究。分别采用原位检测技术和冷阱-捕获技术对于木质素的模型化合物的热解反应中间产物进行检测与捕集。并最终检测到了在热解过程中发挥巨大作用的自由基。随后,利用实验结果结合密度泛函理论,明确了木质素中G型木质素单体在热解中的反应机理,并确定了几条反应路径。之后,利用这一理论指导,对碱木质素这一木质素模型化合物进行了催化热解的研究,同样确定了具体的反应规律,并通过理论支持实现定向调控。最后,对于同为生物质三大组分之一的半纤维素的模型化合物进行了催化热解的研究,明确了不同反应条件参数下,对于其催化热解和产物选择的影响。对于木质素模型化合物的机理部分,分别选取了愈创木酚和香兰素作为木质素的模型化合物,检测到了其反应过程中产生的部分自由基。采用了电子顺磁共振技术（EPR）,分别在原位高温热解过程中和冷阱-捕获过程中实现了对部分自由基的直接检测和捕集。采用分析方法结合现有的测试技术,分析对于愈创木酚而言,原位检测到的为反应结焦中间体邻亚甲基苯醌的前驱体自由基和部分稳定的焦炭自由基,冷阱-捕获到主要为甲基自由基,相应地判断愈创木酚热解过程中也存在（C₆H₄（OH）O*）自由基;对于香兰素而言,原位检测到的同样有邻亚甲基苯醌的前驱体和一大部分稳定的碳自由基,而冷阱-捕获到的自由基主要为苯甲酰自由基、甲基自由基、OH自由基和H自由基。证明了愈创木酚和香兰素的热解反应确实存在自由基反应,为之后的研究工作提供基础支持。以自由基检测为基础,通过对中间产物的分析,和现有的GC/MS分析技术,结合密度泛函理论模拟计算,梳理了愈创木酚和香兰素热解反应的反应路径及机理图。对于愈创木酚总结出的几条热解反应路径进行分析对比。分析了不同温度条件下的能量输入对于产物分布及路径走向的规律。选取了HZSM-5分子筛催化剂对碱木质素进行催化热解,比较了不同的催化剂与反应物比例,不同的反应温度对产物结构的影响,以及不同硅铝比的HZSM-5催化剂（比较催化剂的酸性）,结合前文中涉及到的G型木质素模型化合物的热解机理,总结了碱木质素催化热解的机理及反应路径,并确定了反应条件因素对于产物结果的调控作用。提出以650℃,5:1的催化剂比例以及采用酸性最高的HZSM-5（23）催化剂实现对芳香烃类产物的定向调控。以木聚糖作半纤维素的模型化合物,为研究在之后与木质素共同热解的高温条件下,半纤维素单独能够发生的热解反应及催化热解反应,选取了不同的催化剂与反应物比例,不同的反应温度对产物结构的影响,以及不同硅铝比的HZSM-5催化剂对于催化结果的影响。指出了木聚糖的催化热解,其目标产物主要以多环芳烃为主,在兼顾经济性及产物收率的情况下使用HZSM-5（50）催化剂以5:1的剂量,实现多环芳烃的最大化产生及最少的催化剂浪费同时采用650℃的热解温度。