Angewandte Chemie报道南京农业大学邱博诚教授团队最新研究进展

导读

近日，南京农业大学理学院邱博诚教授团队在化学化工类顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》在线发表题为“Direct Synthesis of Amino Acids from Plastic, Air, and Water”的研究论文。该研究首次实现了以废弃聚乳酸塑料（PLA）、空气和水为原料直接合成高值化学品丙氨酸。

丙氨酸广泛应用于食品、医药及饲料等领域。2024年，全球丙氨酸市场规模达2.4亿美元，预计到2030年将增至3.5亿美元，年均复合增长率为5.8%。然而，丙氨酸传统合成路径存在效率低、能耗高、经济性差等瓶颈。尽管现有的光催化和热催化技术已实现丙氨酸的合成，但这些过程仍依赖由高能耗、高碳排放的哈伯工艺制备的氨作为氮源，此举带来了严重的环境与能源负担。

图1 丙氨酸合成的多种途径示意图比较。

针对上述问题，研究团队开发了一种热化学-等离子体-电化学多场耦合系统，实现以废弃PLA塑料为碳源，空气为氮源，高效合成丙氨酸。该集成系统通过三步协同转化实现：首先，采用负载型Pt/SiO2热催化剂，在140 °C和1 MPa空气压力下，以水为绿色溶剂且无需碱加入，氧化解聚PLA塑料，实现80%的丙酮酸产率和81%的选择性；其次，通过自主设计的等离子体放电装置，在常温常压下将空气高效活化为氮氧化物，并经水吸收转化为硝酸溶液；最后，将上述两步产物直接混合无需纯化，并引入电化学反应器，利用晶格应力驱动的CuBi合金电催化剂实现丙酮酸与硝酸根的协同电化学还原，选择性合成丙氨酸。

图2 热催化-等离子-电催化多场耦合系统

该研究以南京农业大学博士研究生马盈鑫和都柏林圣三一大学郭旭耘博士为共同第一作者。邱博诚教授，南京工业大学董维亮教授，松山湖材料实验室蔡乐娟副研究员为共同通讯作者。南京工业大学姜岷教授，都柏林圣三一大学Valeria Nicolosi教授，中国科学院物理所王文龙研究员参与了本项研究。研究得到了国家自然科学基金项目、重点实验室开放课题、中央高校基本科研业务费等项目资助。

全文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202511466.

来源：南京农业大学理学院