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面对“碳达峰、碳中和”的国家战略，航空运输业要实现2050年净零排放的目标仍然面临挑战。上海科技大学物质科学与技术学院李智课题组和章跃标课题组开展合作研究，在金属有机框架（MOF）固体酸-金属串联催化呋喃类和环醚类生物基分子的精准加氢脱氧反应中取得进展，实现了从一系列生物基分子到单一结构高碳数烷烃的定向转化，有望定制高能效、低排放、碳中和的可持续航空燃料，助力航空运输行业能源绿色转型升级。
航空运输业的碳排放目前占运输领域碳排放总量的10%(相当于全球碳排放总量的2%左右)，其中79%来自于航空燃料。由生物质转化的可持续航空燃料(Sustainable Aviation Fuel,SAF)可以取代传统化石燃料，成为未来航空业降低碳排放、实现碳中和的首选方案。2021年10月，国际航空运输协会(IATA)通过了一项决议，要求全球航空运输行业在2050年实现零排放，预计到2050年全球SAF需求将达到4490亿公升/年。日前，国务院发布了《2030年前碳达峰行动方案》，其中还明确指出：“……大力发展先进生物液体燃料、可持续航空燃料等替代传统燃油，提高终端燃油产品的能效。所以，发展精准的合成化学，使具有特定结构的燃料分子成为SAF在提高燃料利用率、控制尾气排放、实现碳中和的一个重要发展方向。
精准加氢脱氧(PHDO)反应能在保持碳链不变的前提下，向单一结构的烷烃分子转化，避免了副反应和混合产物，使燃料质量得到进一步改善。前一段时间李智研究组所使用的均相酸催化剂，虽然能实现高选择性串联反应，但回收利用难度大、成本高；而固体酸催化剂的设计涉及酸性及氢化(金属)位点的精细调控，是多相催化领域的一大挑战。利用远距离串联催化技术，李智研究组和章跃标研究组将酸性MOF材料MIL-101-SO3H与商业Pd/C催化剂进行简单机械混合。在此基础上实现了一系列生物基含氧化合物的PHDO反应，并成功制备出十余种结构丰富的高碳烷类化合物，可作为SAF用途的烷烃最高纯度可达99%。有关催化剂组合可经简单过滤循环使用，回收至少5种效果。它的巧妙之处是借助MIL-101-SO3H优良的“亲氧疏烯”特性和通畅的孔道环境，利用酸性-SO3H位点选择性地活化含氧原料，将已完成脱氧反应的烯烃中间产物从MOF孔道中递出，输送至Pd催化剂，避免了烯烃聚合、环化、异构、裂解等副反应。和相邻的协同双功能催化剂原理不同，这种正交结构的远距离串联设计更有利于通过简单组合来优化催化性能。
最近，相关研究成果在国际著名学术期刊《绿色化学》(GREENCHEMISTRY)上刊登了题为“Acidic metal−organic framework empowered precise hydrodeoxygenation of bio-based furan compounds and cyclic ethers for sustainable fuels”。 李智课题组2020届博士毕业生刘东煌和章跃标课题组2018级博士研究生贺海龙为论文共同第一作者，李智教授和章跃标教授为论文共同通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。中科院武汉物理与数学研究所郑安民团队参与了MOF固体酸的酸性表征，上科大物质学院分析测试中心为材料气体吸附表征提供了重要的技术支持。该研究工作受到上海市科委“科技创新行动计划”基础研究领域项目和上海科技大学启动经费的支持。
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