近日，我院彭丽副教授/李军教授团队在电催化合成氨基酸方面取得重要进展，相关研究成果以“Selective Glycine Electrosynthesis via C-N Coupling Enabled by Synergistic Mott-Schottky Heterojunction and Oxygen Vacancies”为题，在线发表于Angewandte Chemie International Edition上（DOI: 10.1002/anie.5717711）。
甘氨酸是最简单且最丰富的氨基酸之一，是蛋白质、酶及多种生物活性分子的基本构成单元。除了生物学意义，它还是医药、食品添加剂、动物饲料、农药及多种工业化学品的重要原料。然而，目前工业甘氨酸生产仍主要依赖传统化学路线—氯乙酸氨解法和施特雷克法。氯乙酸氨解法存在副产物氯化铵分离困难、原料利用率低、反应时间长、催化剂回收性差等问题；施特雷克法涉及剧毒氰化物，工艺冗长、脱盐操作复杂，对安全生产和环境管理构成严峻挑战。因此，开发安全、绿色、简洁的甘氨酸可持续合成新策略具有重要的经济和社会价值。
在此背景下，电化学合成利用可再生电力驱动，为甘氨酸的绿色生产提供了可持续路径。电催化能够实现高效C–N偶联，同时可以利用来自环境污染物中易得的氮源和源于CO2或生物质的碳源作为底物分子。然而，目前电催化合成甘氨酸仍受限于选择性和产率较低，主要源于反应中涉及的多步质子耦合电子转移过程及竞争性副反应的普遍存在。
针对上述情况，本工作报道了一种高效的电催化合成甘氨酸的方法，通过富氧空位的莫特-肖特基Sn/SnO2异质结催化剂将草酸（H2C2O4）与羟胺（NH2OH）或硝酸盐（NO3–）进行还原偶联。当以H2C2O4和NH2OH为原料时，在相对于可逆氢电极为-0.7 V的电位下，甘氨酸的法拉第效率（FE）高达 91.6%，产率高达135 mmol gcat.–1 h–1。该催化剂还表现出很强的底物通用性，当硝酸盐（原位还原为羟胺）与乙醛酸或 H2C2O4偶联时，也能高效合成甘氨酸。机理研究表明，莫特-肖特基异质结显著促进了H2C2O4和NH2OH的共吸附，而氧空位则有利于肟中间体向甘氨酸的氢化。本研究强调了莫特-肖特基异质结与氧空位缺陷之间的协同作用，这种作用能够精准地调节活性位点并加速反应动力学，从而为绿色电合成氨基酸提供了一种可持续的策略。
我院2023级博士生徐广阔、2021级博士生董承远和2023级硕士生蔡湘程为文章的共同第一作者，并得到了课题组其他老师和硕、博士研究生的帮助。该工作由彭丽副教授、李军教授和杨述良教授共同指导完成。团队在电催化小分子高价值转化方面开展了系列工作（Nat. Commun. 2023,14, 501；Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2412056; Sci. Bull. 2025, 70, 3794; Adv. Mater. 2025, 37, 2417684; Sci. China. Mater. 2026, 69, 1590），该工作也是电催化合成氨基酸的最新进展。研究工作得到国家自然科学基金（22373080，22078274）、福建省自然科学基金（2024J08008）、中央高校基本科研业务费专项基金（20720240054）等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.5717711
