Cu−Bi Bimetallic Catalysts Derived from Metal–Organic Framework Arrays on Copper Foam for Efficient Glycine Electrosynthesis

催化作用 化学 电合成 选择性 乙醛酸 联氨(抗抑郁剂) 甘氨酸 电化学 双金属片 无机化学 双金属 组合化学 有机化学 电极 氨基酸 物理化学 生物化学 色谱法
作者
Peisen Liao,Binning Zeng,Suisheng Li,Yuhao Zhang,Runan Xiang,Jiawei Kang,Qinghua Liu,Guangqin Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (5): e202417130-e202417130 被引量:69
标识
DOI:10.1002/anie.202417130
摘要

Glycine as one of the most abundant amino acids in human proteins, with extensive applications in both life and industry, is conventionally synthesized through complex procedures or toxic feedstocks. In this study, we present a facile and benign electrochemical pathway for synthesis of glycine through reductive coupling of glyoxylic acid and nitrate over a copper-bismuth bimetal catalyst derived from a metal-organic framework (MOF) array on copper foam (Cu/Bi-C@CF). Remarkably, Cu/Bi-C@CF achieves a fantastic selectivity of 89 %, corresponding a high Faraday efficiency of 65.9 %. From control experiments, the introduction of Bi caused the binding energy of Cu shift to a lower state, which leads to a high selectivity towards the formation of key intermediate hydroxylamine rather than ammonia product, facilitating the formation of oxime and providing additional sites for subsequent hydrogenation reaction on the way to glycine. Moreover, the derivation of MOF arrays ensures the effective dispersion of Bi and enhances the stability of Cu/Bi-C@CF. This innovative approach not only presents sustainable pathways for the production of value-added organonitrogen compounds utilizing readily available carbon and nitrogen sources, but also provides novel insights into the design of multistage structural catalysts for sequential reactions.
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