利用草酸和硝酸盐/空气作为原料电化学合成氨基酸是绿色化学与可持续合成领域的前沿方向。甘氨酸在医药、食品和化工等行业中具有广泛应用。然而，甘氨酸电合成过程涉及复杂且缓慢的电子和质子转移过程，特别是关键中间体乙醛酸肟的转化速率缓慢，导致产物选择性和产率偏低。因此，高效地促进电子转移过程成为该领域发展的关键。

在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所胶体、界面与化学热力学实验室韩布兴院士/康欣晨研究员团队长期致力于绿色溶剂体系化学热力学与绿色化学的交叉研究，取得了系列原创性成果。

近期，该团队发现离子液体EmmimNO₃锚定在金属Bi表面后，在电合成甘氨酸过程中Emmim⁺可以原位形成Emmim^•自由基，可介导电子转移过程，并且首次提出了离子液体自由基介导的“接力电子转移”机制。在电解过程中，Bi表面的Emmim⁺被还原生成稳定的Emmim^•自由基，这些自由基作为电子中介体，能够快速将电子传递给关键中间体乙醛酸肟，从而显著加速其转化为甘氨酸的反应动力学。通过离子液体自由基介导的“接力电子转移”，甘氨酸法拉第效率达到81.1%，电流密度高达286.2 mA cm^-2。该研究不仅开发出一种用于电化学合成甘氨酸的高性能催化剂，还揭示了由离子液体自由基介导的新型电子转移机制，为加速催化过程中的电子转移提供了新策略，有望用于发展更多新反应路线。

相关研究成果近日发表于Nature Synthesis期刊（Nat. Synth.,2025,doi:10.1038/s44160-025-00892-7）。文章第一作者为博士生王珩安，通讯作者为康欣晨研究员和韩布兴院士。

离子液体自由基介导的接力电子转移

胶体、界面与化学热力学实验室

2025年10月27日