近日，中科院院士张涛、中科院大连化学物理研究所副研究员罗文豪团队和荷兰乌得勒支大学教授Bert M.Weckhuysen合作，设计并构筑具有金属—酸“限域毗邻”结构的分子筛双功能催化剂，实现了无溶剂体系下由纤维素醇解平台分子乙酰丙酸乙酯“一锅法”高效制备戊酸酯类生物燃油的新路线。相关成果发表于《德国应用化学》。
非粮生物质是一种优质和丰富的可再生碳质资源，可替代传统化石能源生产燃料和化学品。木质纤维素衍生的戊酸酯类生物燃油因其优异的油品性能和兼容性，被认为是新一代高性能生物燃油。制备该生物燃油对减少传统非可再生化石能源的依赖和落实碳达峰、碳中和工作有重要意义。
双功能催化剂的精准构筑和活性位协同作用机制是生物质催化领域的研究前沿，但在应用方面仍有一些挑战。
该研究发展出Y型分子筛限域的钌基双功能催化剂，结合多种光谱和电镜表征、探针分子实验证实了金属—酸活性中心在分子筛内部“限域毗邻”结构的精准定制。在催化剂性能上，对比不具备金属—酸活性“限域毗邻”结构的其他金属/分子筛或金属—分子筛简单机械混合的双功能催化剂，优选催化剂在乙酰丙酸乙酯催化转化活性和戊酸酯的收率上呈现至少一个数量级以上的增长，并远远优于目前文献报道催化剂的性能最高值。
金属—酸活性位的“限域毗邻”结构是实现乙酰丙酸乙酯高效加氢脱氧制备戊酸酯的关键。此外，Y型分子筛负载的钌镧催化剂中稀土镧的引入可进一步促进金属钌在分子筛孔道内分散，并且稳定分子筛的骨架结构，有效抑制了液相反应过程中的分子筛骨架结构坍塌，维持了分子筛内“限域毗邻”活性结构，实现该催化剂优异的稳定性。
该研究将分子筛催化中“越近越好”这一概念首次延伸至生物质催化领域，分子筛定制的“限域毗邻”结构实现“一锅法”高效耦合系列催化反应，将推动工业化生产生物燃油的发展。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202108170
（原载于《中国科学报》 2021-09-02 第1版 要闻）
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