Tandem Dual-Site PbCu Electrocatalyst for High-Rate and Selective Glycine Synthesis at Industrial Current Densities

电合成 电催化剂 乙醛酸 羟胺 草酸 化学 催化作用 法拉第效率 组合化学 无机化学 电化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Li Li,Chaofan Wan,Shumin Wang,Xiaodong Li,Yongfu Sun,Yi Xie
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (7): 2392-2399 被引量:68
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c05064
摘要

Direct electrosynthesis of high-value amino acids from carbon and nitrogen monomers remains a challenge. Here, we design a tandem dual-site PbCu electrocatalyst for efficient amino acid electrosynthesis. Using oxalic acid (H2C2O4) and hydroxylamine (NH2OH) as the raw reactants, for the first time, we have realized the flow-electrosynthesis of glycine at the industrial current density of 200 mA cm–2 with Faradaic efficiency over 78%. In situ ATR-FTIR spectroscopy characterizations reveal a favorable tandem pathway on the dual-site catalyst. Specifically, the Pb site drives the highly selective electroreduction of H2C2O4 to form glyoxylic acid, and the Cu site accelerates the fast hydrogenation of oxime to form a glycine product. A glycine electrosynthesis (GES)-formaldehyde electrooxidation (FOR) assembly is further established, which synthesizes more valuable chemicals (HCOOH, H2) while minimizing energy consumption. Altogether, we introduce a new strategy to enable the one-step electrosynthesis of high-value amino acid from widely accessible monomers.
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