经济和社会的高质量发展要求能源产业转型升级的效率不断提高。榆林既是我国重要的煤化工产业基地，又是我国能源产业革命创新示范区，充分认识低阶煤的有机质结构并推动其向“三化”方向发展是实现低阶煤高值化发展的根本途经之一。通过热解、催化解聚等技术手段破坏低阶煤中丰富的含氧片段和热稳定性超强的缩合芳环分子制得煤基衍生油具有工艺路径短、能耗低、经济性突出等优点。为实现煤基衍生油的精细化加工，国内外研究团队对其也竞相研究并推广应用。然而，煤基衍生油芳环类有机质族群与链烷烃、链烯烃和链烷醇等其它有机族群以交联缠绕的方式稳定存在于混合体系内，传统的提质升级反应过程易导致副反应增多、后续产物分离困难和能耗偏高等诸多劣势。因此，自主研发新技术来实现低阶煤衍生油定向分离及低碳转化获取高附加清洁燃料与精细化学品迫在眉睫。该项目历时多年研究，揭示了低阶煤衍生油有机分子相互作用力的定向分离切割交互机制，阐明了高活性催化剂的构效关系与活性氢协同转移机制实现多元缩合芳环温和加氢转化为烷基环烷烃，解决了低阶煤衍生油定向分离及低碳转化的关键技术，取得了系列原创性成果：

（1）揭示了低阶煤衍生油复杂体系中有机分子间相互作用力的交互机制，实现了不同有机族群的定向分质切割的源头创新。创新性地从低阶煤衍生油中复杂有机质分子组成结构体系出发，借鉴石油组学中岛与群岛的关联性，选择性破坏低阶煤衍生油族群中烷基间的缠绕作用、π-π复合作用和氢键作用，在空化、趋向性集聚与重力密度差异作用下，实现衍生物各族群高效分离并清晰分相；定向切割低阶煤衍生油以解离烃类组分，获取富含芳环衍生油，进一步在外场力作用推动下，实现萃取溶剂的高效循环回收利用；提出了低阶煤衍生油分离新方法，克服了传统工艺加工中的诸多劣势，形成了成套低阶煤衍生油定向分离新技术。逐次分离获得链烷烃类（99.1%）、烷基苯类（97.2%）、粗酚类（92.6%）、烷基萘类（97.7%）、蒽菲类（97.2%）等增值化学品前体，且过程无水耗，分离温度小于100℃，能耗极低。

（2）阐明了高活性催化剂多级形态调控与定向加氢转化性能间的构效关系，发明了适宜不同低阶煤衍生油族群高效转化的系列催化剂。低阶煤衍生油族群分子加氢转化过程中的催化剂活性受其多级形态调控影响显著，创新性地采用形貌修饰、拓扑结构精确延展以及不同结构沸石间的复合等系列调控手段，强化了L酸位点的暴露密度，增强涉及大分子反应过程中的可接近性，揭示了多尺度结构与加氢反应活性之间的内在规律。通过靶向输送方式优化金属活性中心（Ni、Co和Mo等）并促使其以原子团簇形态分散，阐明原子利用效率与催化加氢性能间的本征关系。进一步采用分子或原子尺度原位修饰多级孔沸石骨架结构形成适宜缺陷位，结合还原-氧化级联和金属盐沉降速率来调控金属活性中心与沸石载体间的键合力作用，优化活性中心d空穴性能，提升相界面间电荷聚集水平并促进活性物种的高效转移，建立了表观反应活性和本征反应性能之间关系的桥梁。多组分芳烃（包括含杂原子类族组分）于160 ℃在Ni基催化剂的作用下得到烷基环烷烃的收率均超过80%，链烷烃于280 ℃在0.2%Pd基催化剂的作用下可得异构烷烃的收率超过86%。

（3）厘清了高活性催化剂构效关系下的活性氢协同转移机制，促成低阶煤衍生油族群分质定向转化为高附加产品。提出了温和条件下链烷烃加氢异构化和多组分芳烃加氢转化过程中不同类型活性氢（H‧‧‧H、H‧、H⁺和H^-）的协同作用方式，阐明了催化剂多级形态尺寸下活性氢的形成与转移机制，明晰了双原子活性氢（H‧‧‧H）的溢出和转移速率影响芳环加氢反应过程，酸性固体载体可使H‧‧‧H均裂或者异裂产生H‧、H⁺和H^-，而H‧和H⁺可有效促使芳醚>C-X桥键（X为O、N和S等）裂断脱除杂原子。实现了链烷烃高效加氢异构和多组分芳烃加氢转化为烷基环烷烃，阐明了反应过程涉及的机理机制，克服了芳环二次缩聚、杂原子中毒导致催化剂失活，形成了指导工业化应用的应用基础研究体系。

成果在陕西北元化工集团股份有限公司、榆林市鸣熙环保科技有限公司、兖矿榆林精细化工有限公司、榆林市煤炭科技开发有限公司和陕西绿谷重碳能源科技有限公司等企业应用，突破了低阶煤衍生油定向分离及低碳转化获取高附加清洁燃料与精细化学品技术难题。授权发明专利15件，实用新型专利34件，发表论文40余篇，鉴定成果2项，年均新增销售7300万元，年新增利润1794万元。先后获陕西省石化科技一等奖、陕西省高等学校科学技术二等奖和榆林市科学技术二等奖。