Efficient Glycine Electrosynthesis via CO2‐Recyclable Hydrogen Donation on Pb/Pb7Bi3 Heterointerfaces

电合成 化学 质子化 草酸 乙醛酸 甘氨酸 催化作用 氢键 电化学 选择性 无机化学 核化学 氨基酸 分子 有机化学 物理化学 离子 生物化学 电极
作者
Pengsong Li,Yong Wang,Xiangda Zhang,Congyang Wang,Yuqing Hou,Guoqiang Zhang,Xihua Wang,Lihong Jing,Qingli Qian,Xinchen Kang,Xiaofu Sun,Qinggong Zhu,Buxing Han
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (40): e202514321-e202514321
标识
DOI:10.1002/anie.202514321
摘要

Abstract Electrochemical synthesis has emerged as a sustainable platform in constructing C─N bonds for amino acid production. Glycine, a particularly valuable target compound, continues to experience escalating global demand, yet achieving simultaneous high efficiency and operational stability remains a persistent challenge. Herein, we demonstrate a CO 2 ‐mediated strategy for glycine electrosynthesis using oxalic acid and N 2 /nitrate as feedstocks. By using Pb/Pb 7 Bi 3 ‐CO 2 catalytic system, a very high glycine Faradaic efficiency (FE) of 91.8% with durable stability over 120 h could be achieved. Moreover, when using nonthermal plasma‐activated N 2 as the nitrogen source, the glycine production rate could maintain at 94.4 µmol h −1 cm −2 with N‐selectivity as high as 93.2%. Mechanistic investigations combining experiments and theoretical calculations reveal that CO 2 undergoes facile protonation on the Pb/Pb 7 Bi 3 heterointerfaces to form * OCOH intermediate, which donates hydrogen for the reduction of oxalic acid and nitrate into glyoxylic acid and NH 2 OH, respectively, while CO 2 is simultaneously regenerated. Notably, hydrogenation via the * OCOH intermediate significantly lowers the energy barriers compared to direct protonation, thereby promoting the subsequent spontaneous C─N bond formation and enabling highly efficient electrosynthesis of glycine.
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