近日，我校郭贵宝教授团队历经12年研究，在高效催化油脂脱羧制备绿色柴油领域取得突破性进展，相关成果在生物质资源与转化新能源领域顶级期刊连续发表7篇研究论文，6篇为中科院1区TOP期刊，1篇为中科院2区TOP期刊，最高影响因子32.4，申请发明专利3项，同时在该领域申请到2025年国家自然科学基金一项。
绿色柴油是由废弃油脂水解产物脂肪酸脱氧而来的烃类物质，绿色柴油与现有的发动机设施完全兼容，替代化石柴油可减少50%以上的碳排放，是国际公认的绿色清洁燃料。在工业上，实现脂肪酸脱氧需高温和高压H2，导致了生产成本增加、设备腐蚀及环境污染等问题。因此，开发常压、无氢高效油脂水解产物脂肪酸脱羧制备烃类绿色柴油及其精细化学品工艺尤为重要。受到吸附脂肪酸分子和催化剂表面形成的络合物在非水体系光催化脂肪酸脱羧的启发，该研究首次开展高量子通量光热催化脱羧机理研究，成功地实现了脂肪酸高效、绿色催化脱羧生成少一个碳原子的烷烃，为动植物油高效转化为绿色燃油提供了一种新的技术，实现了太阳光催化动植物油高效绿色工业化生产航空燃油，解决了我国在该领域中的技术难题。
相关研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目的资助，以及校领导、科技处、中科院化学所光催化重点实验室、稀土产业学院、化学与化工学院、工训中心创新创业团队的大力支持和指导。本研究作为化学工程与工艺一级学科博士点建设的标志性成果，彰显了我校化学工程与技术学科团队在生物质资源与转化领域取得了重大研究进展。
代表性研究成果如下：
一、能源与环境国际顶级期刊《Energy & Environmental Science》（中科院一区TOP，影响因子32.4）在线刊发了课题组以《Exponentially enhanced photocatalytic alkane production from biomass-derived fatty acid decarboxylation via self-heating induced conformational inversion》为题的研究论文，课题组博士黄强和郝淳林老师为共同第一作者，郭贵宝教授为第一通讯作者，安胜利教授、中科院化学所马万红研究员和赵进才院士为共同作者。
该成果采用高沸点溶剂可以最大限度地提高反应温度，释放的热量在底物分子内部积累，将固定的长碳链变形到TiO2表面产生键应变。光催化在高温和太阳光下进行，其规模从传统的mmol/L的水平提升到mol/L水平，实现了光热协同长链脂肪酸催化脱羧生成少一个碳原子的烷烃，从而制备生物燃料。
图1在室外太阳照射下，光催化硬脂酸脱羧
文献链接：
https://doi.org/10.1039/D4EE02026J
二、催化国际顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（中科院一区TOP，影响因子22.1）在线刊发了课题组以《Visible light-driven self-heating photocatalytic decarboxylation of fatty acid over α-Fe2O3》为题的研究论文，课题组博士郝淳林为第一作者，郭贵宝教授为通讯作者。本研究报道了一种依赖于温度的光催化脂肪酸脱羧策略。在α-Fe2O3催化剂上，使用长链烷烃溶剂，在光热转换效应基础上获得沸点（约254℃）高温，单次操作烷烃的输出浓度达到0.5mol/L水平。原位升温红外、DFT计算表明，光热转换产生的热将低温下直立的长链脂肪酸平铺在催化剂表面，实现了活化空穴氧化C-COO-键。同时，光生电子形成更有利的碳负离子中间体，加速与H+反应生成RH。进一步揭示了光催化与反应温度之间之前未知的依赖关系，绝大部分入射光能可以热能形式被利用，使光催化脱羧反应达到工业应用规模。
图2 α-Fe2O3光热催化长链脂肪酸脱羧反应机理
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124122
三、可持续化学能源科学领域高水平期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院一区TOP，影响因子8.4）在线刊发了课题组以《In situ formation of the Ag/V2O5 catalyst for high-flux production of alkane by self-heating photocatalytic fatty acid decarboxylation》为题的研究论文，课题组郭贵宝教授为第一作者，郭贵宝教授、郝淳林老师与李松波教授为共同通讯作者。
本研究采用原位光热催化长链烷烃溶剂脱氢产生的H2还原AgVO3成功制备出了粒径小、比表面积大、颗粒均匀分散好的五氧化二钒载银（Ag/V2O5）催化剂。在聚焦模拟太阳光照射下，通过Ag/V2O5的光热转换效应，自加热反应液，随着反应温度的升高，Ag/V2O5光催化硬脂酸的表观量子效率从98°C时的0.07%增加至216°C时的5.4%。同时，正十七烷平均生成速率比单独光催化和热催化体系高出数百倍。这些发现不仅为高效光热催化体系的建立提供了新的视角，也为相关领域的研究和应用开辟了新的可能性。
图3在沸腾长链烷烃溶剂中，Ag/V2O5自热光催化脂肪酸脱羧反应路径
文献链接：
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c01241
除此之外，课题组2024年以郭贵宝教授为第一通信作者发的其他论文如下：
[1] Hao Chunlin; Wu Shukui; Guo Guibao*; An Shengli*. High-concentration alkane output via in situ thermal-assisted photocatalytic decarboxylation of biomass-derived fatty acid. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2024, 12(7), 2852-2861. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c07864 (SCI一区TOP，影响因子，IF: 8.4)
[2] Hao Chunlin; Guo Guibao*; An Shengli*. Highly efficient photocatalytic decarboxylation of fatty acids to alkanes enabled by photothermal conversion effect. Fuel, 2024, 367, 131392. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.131392 (SCI一区TOP，影响因子7.4).
[3] Hao Chunlin; Guo Guibao*; Guo Xiaohui; An Shengli. In situ thermal-assisted photocatalytic decarboxylation of high-concentration biomass-derived fatty acids to alkanes. Renewable Energy, 2024, 237,121517. (SCI一区TOP，影响因子9.0). https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121517
[4] Hao Chunlin; Li Bing; Guo Guibao*; An Shengli*. High-flux alkane production from bio-derived fatty acid decarboxylation enabled by photothermal conversion effect. Fuel Processing Technology, 2024, 256, 108072. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2024.108072 (SCI二区TOP，影响因子7.4).
来源：工程训练中心（创新创业教育学院）
排版：大学生记者团（范竞文）
责编：袁永峰 郭琦
审核：黄明亮
