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面對“碳達峰、碳中和”的國家戰略，航空運輸業要實現2050年凈零排放的目標仍然面臨挑戰。上海科技大學物質科學與技術學院李智課題組和章躍標課題組開展合作研究，在金屬有機框架（MOF）固體酸-金屬串聯催化呋喃類和環醚類生物基分子的精準加氫脫氧反應中取得進展，實現了從一系列生物基分子到單一結構高碳數烷烴的定向轉化，有望定制高能效、低排放、碳中和的可持續航空燃料，助力航空運輸行業能源綠色轉型升級。
航空運輸業的碳排放目前占運輸領域碳排放總量的10%(相當于全球碳排放總量的2%左右)，其中79%來自于航空燃料。由生物質轉化的可持續航空燃料(Sustainable Aviation Fuel,SAF)可以取代傳統化石燃料，成為未來航空業降低碳排放、實現碳中和的首選方案。2021年10月，國際航空運輸協會(IATA)通過了一項決議，要求全球航空運輸行業在2050年實現零排放，預計到2050年全球SAF需求將達到4490億公升/年。日前，國務院發布了《2030年前碳達峰行動方案》，其中還明確指出：“……大力發展先進生物液體燃料、可持續航空燃料等替代傳統燃油，提高終端燃油產品的能效。所以，發展精準的合成化學，使具有特定結構的燃料分子成為SAF在提高燃料利用率、控制尾氣排放、實現碳中和的一個重要發展方向。
精準加氫脫氧(PHDO)反應能在保持碳鏈不變的前提下，向單一結構的烷烴分子轉化，避免了副反應和混合產物，使燃料質量得到進一步改善。前一段時間李智研究組所使用的均相酸催化劑，雖然能實現高選擇性串聯反應，但回收利用難度大、成本高；而固體酸催化劑的設計涉及酸性及氫化(金屬)位點的精細調控，是多相催化領域的一大挑戰。利用遠距離串聯催化技術，李智研究組和章躍標研究組將酸性MOF材料MIL-101-SO3H與商業Pd/C催化劑進行簡單機械混合。在此基礎上實現了一系列生物基含氧化合物的PHDO反應，并成功制備出十余種結構豐富的高碳烷類化合物，可作為SAF用途的烷烴最高純度可達99%。有關催化劑組合可經簡單過濾循環使用，回收至少5種效果。它的巧妙之處是借助MIL-101-SO3H優良的“親氧疏烯”特性和通暢的孔道環境，利用酸性-SO3H位點選擇性地活化含氧原料，將已完成脫氧反應的烯烴中間產物從MOF孔道中遞出，輸送至Pd催化劑，避免了烯烴聚合、環化、異構、裂解等副反應。和相鄰的協同雙功能催化劑原理不同，這種正交結構的遠距離串聯設計更有利于通過簡單組合來優化催化性能。
最近，相關研究成果在國際著名學術期刊《綠色化學》(GREENCHEMISTRY)上刊登了題為“Acidic metal?organic framework empowered precise hydrodeoxygenation of bio-based furan compounds and cyclic ethers for sustainable fuels”。 李智課題組2020屆博士畢業生劉東煌和章躍標課題組2018級博士研究生賀海龍為論文共同第一作者，李智教授和章躍標教授為論文共同通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。中科院武漢物理與數學研究所鄭安民團隊參與了MOF固體酸的酸性表征，上科大物質學院分析測試中心為材料氣體吸附表征提供了重要的技術支持。該研究工作受到上海市科委“科技創新行動計劃”基礎研究領域項目和上海科技大學啟動經費的支持。
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