李灿院士团队,最新ACS Catalysis!

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第一作者周奕扬,段睿智
通讯作者丁春梅,李灿
通讯单位:中国科学院大连化学物理研究所,中国科学院大学
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李灿,中国科学院院士、第三世界科学院院士,中国科学院大连化学物理研究所研究员、博士生导师,洁净能源国家实验室(筹)主任,中国科学技术大学化学与材料科学学院院长,催化基础国家重点实验室主任。(信息来源:https://baike.baidu.com/item/%E6%9D%8E%E7%81%BF/24862?fr=ge_ala)
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丁春梅,中国科学院大连化学物理研究所硕士生导师,副研究员。获奖情况:中科院“青年创新促进会”会员(2022);辽宁省兴辽英才计划“青年拔尖”人才(2020);大连市青年科技之星(2019);大连市优青(2023)科技部重点领域创新团队成员(2018,排名7/10)。研究方向:光电催化分解水制氢、人工光合成电催化暗反应研究。(信息来源:http://www.canli.dicp.ac.cn/info/1055/4824.htm
论文速览
人工合成氨基酸是一类重要而具有挑战性的课题。有机酸和氮源之间的电催化C-N耦合为实现这一目标提供了机会,但在氨基酸生产中C-N键的形成仍存在困难。
本论文报道了使用混合催化剂钴酞菁(CoPc)锚定在碳纳米管(CNT)上(CoPc/CNT),通过电催化C−N耦合从硝酸盐和α-酮酸合成氨基酸(包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸和缬氨酸)。CoPc/CNT催化剂在合成丙氨酸时的法拉第效率(FE)高达61%。研究表明,提高硝酸盐还原为羟胺的效率是氨基酸合成中C-N键形成的关键。
图文导读
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图1:CoPc/CNT的电催化性能。
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图2:CoPc/CNT在(NO3+Pyr)RR中的电催化性能。
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图3:中间体、pH值影响及机制。
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图4:不同催化剂在NO3RR和(NO3+Pyr)RR中的性能以及密度泛函理论(DFT)计算。
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图5:催化机制。
总结展望
本研究开发了高效的电催化系统,使用CoPc/CNT混合催化剂在水溶液中从硝酸盐和α-酮酸合成氨基酸。实现了高达61%的丙氨酸法拉第效率和42 mA cm-2的局部电流密度。CoPc/CNT的双功能特性成功地将串联反应引向氨基酸的生产。
硝酸盐还原为羟胺(NO3RR)至NH2OH的过程被证明是C-N形成和氨基酸合成的速率决定步骤。这项工作为增强NO3RR至NH2OH提供了方法,为电催化氨基酸合成中的C-N偶联提供了新的视角。
文献信息
标题:Amino Acid Synthesis through C-N Coupling between α‑Ketoacids and Hydroxylamine from Nitrate Reduction
期刊:ACS Catalysis
DOI:10.1021/acscatal.4c01793

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