Sulfur Vacancy Boosts Light-Driven C–N Coupling in Upcycling of Polylactic Acid to Alanine

化学 聚乳酸 丙氨酸 联轴节(管道) 硫黄 空位缺陷 结晶学 氨基酸 有机化学 生物化学 聚合物 冶金 材料科学
作者
Yuqi Zhang,Tingting Fan,Xia‐Guang Zhang,Zhou Chen,Zhiwei Hu,Ting‐Shan Chan,Xiaodong Yi,Xiaoqing Huang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03401
摘要

Photocatalytic C-N coupling of lactic acid (LA) and ammonia for alanine synthesis provides an attractive route for the upcycling of poly(lactic acid) (PLA) plastic waste. Although several advancements have been made in enhancing the photocatalytic alanine synthesis, current research lacks a clear understanding of how the photocatalyst structure influences the C-N coupling reaction. It is highly desirable to design a rational photocatalyst system to boost the C-N coupling, both for advancing mechanistic understanding and for optimizing catalysis. In this work, we have successfully developed sulfur-vacancy CdS (Sv-CdS) as a photocatalyst, achieving a record-breaking alanine formation rate of 72.5 mmol gcat-1 h-1, which surpasses the highest value reported in the literature to date. More importantly, for the first time, we have demonstrated that the photocatalytic amination of LA to alanine occurs exclusively through a radical pathway, where S vacancies weaken the adsorption of Cα• and NH2• radicals on the Sv-CdS surface, thereby promoting the C-N coupling. In contrast, Cd vacancies in cadmium-vacancy CdS are more favorable for activation of the Cα-H bond in LA, but they are less effective for the C-N coupling. This work offers further insights into the mechanism of the photocatalytic C-N coupling reaction and opens a practical route for upcycling PLA plastic waste into value-added chemicals.
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