Selective Glycine Electrosynthesis via C‐N Coupling Enabled by Synergistic Mott–Schottky Heterojunction and Oxygen Vacancies

电合成 催化作用 乙醛酸 化学 草酸 无机化学 异质结 羟胺 甘氨酸 基质(水族馆) 法拉第效率 氧化还原 电化学 氧气 析氧 磷酸 产量(工程) 光化学 材料科学 组合化学 氮气 抗坏血酸 氨生产 联氨(抗抑郁剂) 多相催化 偶联反应
作者
Guangkuo Xu,Chengyuan Dong,Xiangcheng Cai,Junhua Kuang,Tianwei Xue,Yuyu Guo,Yanyin Wu,Ruiqing Li,Zeyu Shao,Tongxin Qiao,Wenli Hao,Long Xu,Shuliang Yang,Jun Li,Li Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (21): e5717711-e5717711
标识
DOI:10.1002/anie.5717711
摘要

ABSTRACT Glycine, an indispensable amino acid essential for diverse biological processes, remains challenging to synthesize directly via electrosynthesis from simple carbon and nitrogen precursors. Herein, we report a highly efficient electrochemical route for glycine production through the reductive coupling of oxalic acid (H 2 C 2 O 4 ) with hydroxylamine (NH 2 OH) or nitrate (NO 3 − ) over a Mott–Schottky Sn/SnO 2 heterojunction catalyst enriched with oxygen vacancies. When employing H 2 C 2 O 4 and NH 2 OH as feedstocks, a remarkable Faradaic efficiency (FE) of 91.6% for glycine is achieved at −0.7 V versus RHE, alongside a high yield of 135 mmol g cat. −1 h −1 . To the best of our knowledge, this represents one of the best performances ever reported in this system. The catalyst also shows strong substrate versatility, enabling efficient glycine formation when NO 3 − (in situ reduced to NH 2 OH) couples with glyoxylic acid or H 2 C 2 O 4 . Mechanistic studies indicate that the Mott–Schottky heterojunction significantly promotes the co‐adsorption of H 2 C 2 O 4 and NH 2 OH, while oxygen vacancies facilitate the hydrogenation of oxime intermediates to glycine. This study highlights the profound synergistic interplay between Mott–Schottky heterojunctions and oxygen vacancy defects in precisely modulating active sites and accelerating reaction kinetics, thereby offering a sustainable strategy for the green electrosynthesis of amino acids.
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