于小雯教授、刘宏教授，Small观点：揭秘α-氨基酸的高效电合成--Ag/Cu双金属体系的吸附构型调控和电子结构重构

第一作者：石玉洁，孙小雯

通讯作者：于小雯*，刘宏*

单位：山东大学晶体材料国家重点实验室

氨基酸作为蛋白质的基本组成成分，在制药、食品和化工行业有着广泛的应用。传统的氨基酸生产方法严重依赖有毒原料和高能耗工艺（如Strecker法），而氨基酸的绿色电合成技术提供了一种更环保、更节能的新思路。尽管近年来氨基酸电合成技术取得了重大进展，但仍存在还原电位高、选择性差和效率低等诸多挑战。这源于氢化步骤的反应动力学缓慢和产氢的竞争性副反应的不利影响，但目前的研究往往忽视了这些因素，从而阻碍了氨基酸生产的可扩展性和实用性。

基于此，山东大学于小雯教授、刘宏教授团队在国际知名期刊Small上发表题为“Unlocking Efficient Electrosynthesis of α-Amino Acids: Adsorption Geometry Modulation and Electronic Structure Reconstruction in the Ag/Cu Bimetallic System”的研究论文。该研究通过实验和理论计算相结合的方法，以丙酮酸为模型碳源，研究了Ag/Cu纳米线(NWs)在α-酮酸与NH2OH还原胺化电合成α-氨基酸中的应用。该观点文章不仅实现了高产率、高活性地合成多种α-氨基酸，同时揭示了Ag位点的加入可以有效调节反应中间产物的吸附构型，并重构催化剂的电子结构，从而有效地增强中间产物的吸附和活化。该工作综合考虑了中间产物的吸附构型、催化剂的电子结构以及竞争性副反应，为氨基酸的绿色高效电合成提供了一种有效的方法。

Ag/Cu NWs电极在丙氨酸的电合成过程中表现出最低的起始电位（-0.18 V vs. RHE）和最佳的法拉第效率（94.86 %）。此外，该电极在2.5 h内就实现了690 μmol h^-1cm^-2的丙氨酸生产率，转化率高达94.71%。该观点文章在连续10个循环（共25 h）内成功生产并纯化了克级高纯度丙氨酸粉末。

Ag/Cu催化剂中的Ag位点与反应中间产物产生了额外的弱相互作用，改变了它们的吸附构型，使其向Ag位点倾斜，而不是保持垂直方向的吸附。同时，Ag和Cu位点之间的电子转移也使双金属催化剂的电子结构发生了重构。这些协同效应促进了中间产物的活化，并推动了连续氢化过程，从而显著降低了丙氨酸合成过程中电位决定步骤（PDS）的能垒。此外，Ag的加入还能有效抑制竞争性产氢反应，从而提高丙氨酸生产的选择性和效率。

Ag/Cu NWs双金属催化剂具有显著的多功能性，可催化多种α-酮酸（乙醛酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸、4-甲基-2-氧戊酸等）与羟胺合成多种α-氨基酸（包括甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸等）。与其他催化剂相比，Ag/Cu NWs合成各种氨基酸的FE、分电流密度和产率表现出明显的优势，其产率大约提高了一个数量级。

Unlocking Efficient Electrosynthesis of α-Amino Acids: Adsorption Geometry Modulation and Electronic Structure Reconstruction in the Ag/Cu Bimetallic System

刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：组织工程与干细胞分化、生物传感与体外诊断、光电材料与纳米能源等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci., 等学术期刊上发表SCI文章400余篇，其中，影响因子大于10的超过110篇，个人文章总被引次数超过23000次，H因子为72，40余篇文章被Web of Science的ESI选为高被引用论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文、2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018、2019、2020连续三年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利40余项，有关生化传感器研究在山东大学进行了千万元成果转让，与企业合作进行产业化生产。2019年获山东省自然科学奖一等奖。

于小雯，山东大学晶体材料国家重点实验室，教授，博士生导师。山东大学齐鲁青年学者第一层次。2013年在北京化工大学高分子材料与工程系获工学学士学位，2018年在清华大学化学系获理学博士学位，2018年至2021年在斯德哥尔摩大学从事博士后/研究员工作。2022年1月入职山东大学晶体材料研究院。主要研究方向为催化剂设计和光电催化绿色合成，相关工作发表在Nat. Rev. Mater.，Chem. Soc. Rev.，Adv. Energy Mater.，ACS Energy Lett.，Adv. Funct. Mater.等国际知名期刊上，累计40余篇，总被引次数超过3000余次。主持国家自然科学基金、山东省优青青年科学基金（海外）、山东省泰山学者青年专家等项目。