甘氨酸是最简单的氨基酸，也是蛋白质的基本组成单元，在生命活动中发挥着重要作用。相较于传统的甘氨酸合成方法，如氯乙酸氨解法（产物纯度低）和施特雷克法（生产成本高），以乙醛酸和羟胺为原料电化学合成甘氨酸是一种具有前景的绿色合成方法。在此过程中，乙醛酸与羟胺首先自发脱水缩合形成肟（R–C=N–OH），而后肟的加氢成为关键步骤，需要断裂N–OH键（230 kJ/mol）并将C=N双键（615 kJ/mol）转化为C–N单键（305 kJ/mol），其总能量需求远低于断裂较难活化的氮气分子（N≡N键解离能945 kJ/mol）。这表明，肟分子的内在特性（如较低活化能）可能更适配具有弱吸附能力的催化剂。然而，现有探索多依赖实验试错，亟需结合理论计算（如量子化学）深入揭示分子-催化剂的相互作用机制，以指导高活性、高选择性催化剂的理性设计。

近日，山东大学的于小雯教授、刘宏教授和斯德哥尔摩大学袁家寅教授合作，从分子本征性质的角度出发，选取几种具有不同价电子占据的纯金属(111)面为研究对象，系统探讨了分子键能、电合成甘氨酸过程中质子耦合电子转移过程，竞争析氢反应以及产物脱附等关键因素，提出“易活化分子”的概念，并确定乙醛酸肟为典型代表。研究表明，正是乙醛酸肟分子的这一易活化本征性质，使其在催化剂选择上更倾向于弱吸附型催化剂，如Ag。由于Ag的弱吸附能力，既能有效活化肟分子促进氢化过程，又能抑制析氢副反应，并有助于甘氨酸的高效解吸，从而提升整体催化效率。

实验结果表明，Ag是所研究金属中最优催化剂，与理论计算预测一致。进一步地，研究团队通过银镜反应合成了超轻泡沫银催化电极材料，该催化剂表现出创纪录的低过电位（起始电位仅–0.09 V vs. RHE），并具有超高的甘氨酸选择性（93%）和产率（1327 μmol h^–1），在20小时内可生产提纯克级甘氨酸粉末。此外，该策略可推广至多种氨基酸的合成，如丙氨酸和谷氨酸。该研究不仅奠定了肟介导合成不同氨基酸的理论基础，也为其他电合成体系中高效催化剂的筛选提供了新的思路，即从中间体的内在性质出发，实现催化剂的精准设计。

Hydrogenation of “Readily Activated Molecule” for Glycine Electrosynthesis

Xiaowen Sun, Egon Campos dos Santos, Mingtao Li, Yujie Shi, Kanglei Pang, Miao Zhang, Jiayin Yuan, Hong Liu, Xiaowen Yu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505675