南京林业大学/清华大学/中国科学院赣江创新研究院/南方科技大学,新发Nature Energy!

航空业的深度脱碳已成为全球能源转型的关键挑战之一，而开发可持续航空燃料被视为破解这一难题的重要路径。与此同时，塑料废弃物泛滥成灾，全球回收率不足一成，绝大多数塑料最终进入填埋场或自然环境，造成了沉重的生态负担。将废塑料转化为高价值燃料似乎是一条"一石二鸟"的出路，但现有化学回收技术往往面临苛刻的操作条件——高压反应、漫长耗时、昂贵的金属催化剂——这些瓶颈不仅推高了成本，也限制了大规模工业应用。更为棘手的是，塑料废弃物成分复杂，传统方法多针对单一塑料类型设计，难以应对真实世界的混合废料。因此，科学界迫切需要一种在温和条件下即可运行、能够高效处理混合塑料、且兼具经济与环境可行性的升级回收新策略。

为应对上述挑战，南京林业大学蒋剑春院士，清华大学李亚栋院士、王定胜教授、Zhang Zedong，中国科学院赣江创新研究院/南方科技大学李隽院士等人设计了一种创新的串联反应工艺，将塑料加氢热解与下游气相氢化无缝衔接，避免了传统路线中冷凝、再加热和重新加压等繁琐步骤。核心突破在于开发了一种钴铝氧化物负载的钌单原子催化剂，其独特的原子级分散结构赋予了极高的加氢活性——在常压下即可实现每秒144次的催化周转，活性较商业催化剂提升逾百倍。实验表明，聚苯乙烯在该体系中可转化为近95%的航空燃料级环烷烃，即使在常压下产率仍可达59%；该策略还能灵活处理聚乙烯、聚丙烯等混合塑料，总烃产率超过82%。尤为重要的是，催化剂在连续运行110小时后依然保持稳定，生命周期分析显示该方法可减少73%的二氧化碳排放，而燃料最低售价可低至每公斤1.0美元，展现出显著的工业化前景。

图1 塑料升级回收制备喷气燃料环烷烃的工艺设计

图2 结构表征

图3 基于机器学习的选择性加氢关键因素及催化性能分析

图4 乙苯连续流气相加氢反应及其机理研究

图5 苯乙烯加氢的电子结构和反应能量

图6 将塑料垃圾串联升级回收为喷气燃料级别的碳氢化合物

图7 燃烧性能和可持续性评估

本研究报道了一种基于Ru单原子催化剂（RuSA@CoAlOx）的串联加氢热解-气相氢化策略，首次在常压至低压条件下实现了塑料废弃物向航空燃料级环烷烃的高效定向转化。该催化剂在环境压力下展现出高达144 s⁻¹的苯加氢周转频率，较商业Ru/C催化剂提升逾两个数量级，使聚苯乙烯在0.15 MPa下环烷烃产率达94.8 wt%，常压下仍可达59 wt%，并成功拓展至聚乙烯、聚丙烯等混合塑料体系（总烃产率>82 wt%），催化剂连续运行110小时性能无衰减。学术层面，该工作突破了传统塑料氢解对高压（~3 MPa）与长反应时间（长达144 h）的依赖，通过气-固相反应机制规避了多相传递限制，为单原子催化在温和条件下的工业应用建立了新范式。生命周期与技术经济分析表明，该工艺可减少73%的well-to-pump CO₂排放，燃料最低售价低至1.0 USD/kg，兼具显著的减碳潜力与商业化竞争力。未来研究可进一步聚焦于催化剂电子结构的精准调控、复杂真实工业废料的适应性拓展，以及全流程能量集成优化，以推动该技术向万吨级连续化生产迈进。

Ambient-pressure conversion of plastic waste to jet fuel cycloalkanes by tandem hydropyrolysis and vapour-phase hydrogenation，Nature Energy，2026.  https://www.nature.com/articles/s41560-026-02078-7

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