背景介绍

在全球 “双碳” 战略与航空业低碳减排共识下，可持续航空燃料（SAF，亦称可持续航煤）作为传统航空煤油的绿色替代方案，是破解航空业碳排放困境、推动行业绿色低碳转型的核心抓手，也是当前能源化工领域的重点研发方向与投资热点。目前，以植物油为原料、采用加氢脱氧 — 异构化工艺制备可持续航煤的技术路线已实现规模化应用，但传统催化剂普遍存在异构化性能不足、裂化副反应严重、活性金属易烧结失活等问题，严重制约航煤产率提升与工业化成本控制，成为行业技术迭代升级的关键瓶颈。

针对这一产业痛点，南开大学李伟团队开展系统性攻关，并在Green Energy & Environment（GEE）期刊发表重要研究成果。团队创新性地重新认识并利用分子筛无定形组分的功能，开发出新型Pt@SAPO‑11‑H分子筛催化剂，成功实现可持续航煤制备关键技术突破，为该领域工业化升级提供了高性价比解决方案，具有重要的理论价值与广阔的产业化前景。

在工业催化领域，分子筛是一类应用广泛的催化剂载体，其高结晶度所形成的规整孔道结构，是实现特定反应高选择性的重要结构基础。在航空业低碳减排的大背景下，可持续航空燃料（SAF）是实现行业脱碳的关键路径，其中以植物油为原料，经加氢脱氧 — 长链烷烃异构化两步法制备SAF的技术已实现规模化应用。然而在长链烷烃异构化环节，传统Pt/SAPO-11催化剂在实际应用中仍面临诸多瓶颈：异构化性能有限、活性金属易烧结、孔道易堵塞，以及大分子传质速率低引发的裂解副反应加剧等问题。

为突破上述技术难题，南开大学李伟团队开发出一种新型Pt@SAPO-11-H催化剂，将 Pt 团簇高效限域于多级孔SAPO-11分子筛内部。该制备策略采用配体辅助原位封装法，以P123作为介孔结构导向剂。研究发现，P123 的引入虽在一定程度上降低了 SAPO-11 的结晶度，并生成部分无定形磷酸铝（AlPO₄），但催化剂异构化性能并未明显下降，而裂解产物却显著减少。

系统表征结果表明：P123除了构筑多级孔道外，还在晶化过程中发挥了另一关键作用 —— 诱导生成的无定形 AlPO₄可有效覆盖SAPO-11表面的强酸位点。这种酸位点精准调控显著抑制了长链烷烃异构化过程中的过度裂解，是实现SAF高选择性合成与产率提升的核心原因。

图形摘要。

图文解读

作者团队采用 X 射线衍射（XRD）技术，对Pt限域型多级孔SAPO-11催化剂的晶相结构进行了系统分析。结果表明：由含Pt-乙二胺配合物的前驱体凝胶经晶化制备的样品，其XRD谱图与纯相SAPO-11一致；而未添加乙二胺的对照样品则出现明显杂质衍射峰，说明铂物种缺少配体配位会干扰SAPO-11分子筛骨架的正常晶化与结构形成。

图1. 样品的（a）XRD谱图，（b）¹³C MAS NMR，（c）TG-DTA曲线。

对于金属限域的沸石催化剂，需关注两个关键问题：金属引入是否引发次生相，以及金属是否流失。ICP-OES结果证实，各样品实际Pt含量与理论值相符，表明该方法制备的催化剂具有经济可行性。

采用¹³C MAS NMR和TG-DTA证实了金属被限域于分子筛骨架中。NMR谱显示，含Pt样品出现了乙二胺或P123的特征峰，表明二者参与了结晶过程。TG-DTA曲线则显示含金属样品因模板剂分解而质量损失更高。

织构分析表明，引入Pt后样品结晶度提升，比表面积和孔体积略降。而加入P123的样品，其比表面积显著增大，介孔体积明显增加，孔径分布显示存在介孔，证实P123促进了多级孔的形成。

表1. 样品的织构性质。

NH₃-TPD显示所有样品均具有弱酸和中等强度酸位点。与纯SAPO-11相比，Pt限域样品酸量较少，而含多级孔的样品因孔隙结构有助于酸位点暴露，其酸浓度得到适度调控。通过吡啶吸附红外光谱揭示了酸类型。在反应温度下，各催化剂总酸量存在差异，与NH₃-TPD结果一致。元素分析排除了酸量变化由硅铝比改变所致的可能。固体核磁共振谱表明，含P123的样品中出现了归属于五配位铝和无定形AlPO₄的信号，峰形宽化也表明存在部分非晶态结构。这归因于P123促进形成的非晶态Al−O−P网络，降低了铝磷化合物前驱体的缩聚速率，从而延长非晶相存在的时期。此外，P123的PEO链段可以通过溶剂化作用在凝胶中捕获质子，导致聚合物-无机界面附近局部pH值略有升高。这种微弱的碱性微环境有利于铝磷化合物物种的溶解和重组，从而促进在结晶开始前形成均质的非晶态AlPO₄相。

图2. 样品的（a）NH₃-TPD曲线，（b）吡啶吸附红外谱图（330 °C），（c）²⁷Al MAS NMR谱图，（d）³¹P MAS NMR谱图。

本工作以十八烷为模型化合物对催化剂的异构化-裂化性能在进行评价。结果显示，传统浸渍法制备的催化剂主要导致裂化反应，SAF产率较低。Pt限域于微孔的催化剂性能提升有限。而具有多级孔结构的限域催化剂则显著提高了异构化活性，SAF产率和异构比均大幅提升。这归功于多级孔道促进传质，以及形成的无定形AlPO₄覆盖部分强酸位点，抑制了过度裂化。不含乙二胺合成的样品因存在杂质相，性能最差。

图3. （a）样品的十八烷异构化-裂化活性测试结果，（b）催化剂稳定性测试，（c）反应前后催化剂热重曲线。

稳定性测试表明，金属限域催化剂在连续反应中保持了稳定的活性，而负载型催化剂则逐渐失活。反应后催化剂的TG曲线显示，限域催化剂积碳量极微，证实其优异的抗积碳能力。该催化剂在实际植物油转化中也取得了良好的SAF产率。

表2. 实际油品测试结果。

总结与展望

此次南开大学李伟团队研发的新型Pt@SAPO-11-H催化剂，不仅突破了传统SAPO-11基催化剂在可持续航煤制备中的性能瓶颈，实现了蓖麻油、棉籽油、棕榈油、虎坚果油等多种植物油原料转化航煤的高产率（最高达82%），更通过配体辅助原位封装策略创新实现了分子筛多级孔构建、Pt团簇限域与酸位精准调控的三重协同，同时赋予催化剂优异的抗积碳、抗烧结稳定性，解决了工业催化中催化剂寿命与生产成本的核心问题。

 从产业价值来看，该技术路线适配现有植物油制航煤的工业化装置，无需大规模改造成本，且催化剂制备工艺具备经济可行性，为可持续航煤的规模化、低成本生产提供了可落地的技术方案。在航空业低碳转型加速、可持续航煤市场需求持续扩容的背景下，这一技术突破不仅填补了国内相关催化材料的研发空白，更有望推动我国可持续航煤产业的技术升级，为投资方布局航空绿色能源赛道提供了优质的技术标的，也为全球航空业实现“碳中和”目标贡献了中国智慧与中国方案。

原文链接

相关研究以“In-situ Encapsulation of Pt and Acid-Site Engineering in Hierarchical SAPO-11 for Enhanced Isomerization-cracking and Anti-Coking in Sustainable Aviation Fuel Production”为题发表在Green Energy & Environment期刊，第一作者为南开大学博士研究生岳晓康，通讯作者为南开大学李伟教授和关庆鑫副教授。https://doi.org/10.1016/j.gee.2026.03.001

撰稿：原文作者

编辑：GEE编辑部