近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員張濤與副研究員羅文豪團隊聯(lián)合荷蘭烏特勒支大學教授Bert M.Weckhuysen，設計并構筑了具有金屬-酸“限域毗鄰”結構的分子篩雙功能催化劑，實現(xiàn)了無溶劑體系下由纖維素醇解平臺分子乙酰丙酸乙酯“一鍋法”高效制備戊酸酯類生物燃油的新路線。

　　非糧生物質(zhì)是一種優(yōu)質(zhì)和豐富的可再生碳質(zhì)資源，可替代傳統(tǒng)化石能源生產(chǎn)燃料和化學品。木質(zhì)纖維素衍生的戊酸酯類生物燃油因其優(yōu)異的油品性能和兼容性，被認為是新一代高性能生物燃油。制備該生物燃油對減少傳統(tǒng)非可再生化石能源的依賴和落實碳達峰、碳中和戰(zhàn)略任務具有重要意義。

　　雙功能催化劑的精準構筑和活性位協(xié)同作用機制是生物質(zhì)催化領域的研究前沿（Nat. Commun.，2015；Green Chem.，2017；Green Chem.，2019；J. Catal.，2019; ACS. Catal.，2021）。其在生物質(zhì)催化轉化領域應用的核心挑戰(zhàn)在于：催化劑合成中往往缺乏在納米尺度的雙功能活性位的精準構筑及其協(xié)同作用機制；基于低反應底物濃度的高性能在生物質(zhì)催化過程中無法實現(xiàn)有效應用；極易忽略的生物質(zhì)轉化過程中液相水熱等苛刻環(huán)境中的催化劑穩(wěn)定性等問題。

　　該工作發(fā)展出Y型分子篩限域的釕基雙功能催化劑，結合多種光譜和電鏡表征、探針分子實驗，證實了金屬-酸活性中心在分子篩內(nèi)部“限域毗鄰”結構的精準定制。在催化劑性能上，對比不具備金屬-酸活性“限域毗鄰”結構的其他金屬/分子篩或金屬-分子篩簡單機械混合的雙功能催化劑，優(yōu)選催化劑在乙酰丙酸乙酯催化轉化活性和戊酸酯的收率上呈現(xiàn)至少一個數(shù)量級以上的增長，并遠優(yōu)于目前文獻報道催化劑的性能最高值。金屬-酸活性位的“限域毗鄰”結構是實現(xiàn)乙酰丙酸乙酯高效加氫脫氧制備戊酸酯的關鍵。此外，Ru/La-Y催化劑中稀土La的引入可進一步促進金屬Ru在分子篩孔道內(nèi)分散，并穩(wěn)定分子篩的骨架結構，有效抑制液相反應過程中的分子篩骨架結構坍塌，維持分子篩內(nèi)“限域毗鄰”活性結構，實現(xiàn)該催化劑優(yōu)異的穩(wěn)定性。該工作將分子篩催化中“越近越好”這一概念首次延伸至生物質(zhì)催化領域，分子篩定制的“限域毗鄰”結構實現(xiàn)“一鍋法”高效耦合系列催化反應，并將推動工業(yè)化生產(chǎn)生物燃油的發(fā)展。

　　相關研究成果以Zeolite-Tailored Active Site Proximity for the Efficient Production of Pentanoic Biofuels為題，于近日發(fā)表在《德國應用化學》上。研究工作得到科技部重點研發(fā)項目、國家自然科學基金、大連化物所研究基金等項目的資助。