近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院邱博誠(chéng)教授團(tuán)隊(duì)在化學(xué)化工類(lèi)頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》在線(xiàn)發(fā)表題為“Direct Synthesis of Amino Acids from Plastic, Air, and Water”的研究論文。該研究首次實(shí)現(xiàn)了以廢棄聚乳酸塑料（PLA）、空氣和水為原料直接合成高值化學(xué)品丙氨酸。

丙氨酸廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及飼料等領(lǐng)域。2024年，全球丙氨酸市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2.4億美元，預(yù)計(jì)到2030年將增至3.5億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為5.8%。然而，丙氨酸傳統(tǒng)合成路徑存在效率低、能耗高、經(jīng)濟(jì)性差等瓶頸。盡管現(xiàn)有的光催化和熱催化技術(shù)已實(shí)現(xiàn)丙氨酸的合成，但這些過(guò)程仍依賴(lài)由高能耗、高碳排放的哈伯工藝制備的氨作為氮源，帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境與能源負(fù)擔(dān)。

圖1 丙氨酸合成的多種途徑比較

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種熱化學(xué)-等離子體-電化學(xué)多場(chǎng)耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以廢棄PLA塑料為碳源，空氣為氮源，高效合成丙氨酸。該集成系統(tǒng)通過(guò)三步協(xié)同轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)：首先，采用負(fù)載型Pt/SiO₂熱催化劑，在140 °C和1 MPa空氣壓力下，以水為綠色溶劑且無(wú)需堿加入，氧化解聚PLA塑料，實(shí)現(xiàn)80%的丙酮酸產(chǎn)率和81%的選擇性；其次，通過(guò)自主設(shè)計(jì)的等離子體放電裝置，在常溫常壓下將空氣高效活化為氮氧化物，并經(jīng)水吸收轉(zhuǎn)化為硝酸溶液；最后，將上述兩步產(chǎn)物直接混合無(wú)需純化，并引入電化學(xué)反應(yīng)器，利用晶格應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的CuBi合金電催化劑實(shí)現(xiàn)丙酮酸與硝酸根的協(xié)同電化學(xué)還原，選擇性合成丙氨酸。

圖2 熱催化-等離子-電催化多場(chǎng)耦合系統(tǒng)

該研究以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生馬盈鑫和都柏林圣三一大學(xué)郭旭耘博士為共同第一作者。邱博誠(chéng)教授，南京工業(yè)大學(xué)董維亮教授，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室蔡樂(lè)娟副研究員為共同通訊作者。南京工業(yè)大學(xué)姜岷教授，都柏林圣三一大學(xué)Valeria Nicolosi教授，中國(guó)科學(xué)院物理研究所王文龍研究員參與了本項(xiàng)研究。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目資助。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202511466.