2D/2D CdS/1T-MoS2异质结：开辟生物质光催化合成氨基酸新路径

目前光催化合成氨基酸效率欠佳。研究人员合成 2D/2D CdS/1T-MoS2异质结，用于生物质衍生 α- 羟基酸的光催化胺化。该异质结使丙氨酸生成速率大幅提升，为高效光催化生物质转化提供新策略。

　　在生命的微观世界里，氨基酸就像是搭建蛋白质这座宏伟 “大厦” 的基石，它们在食品生产、制药、聚合物合成等众多领域都有着不可或缺的地位。一直以来，人们获取氨基酸的传统方法，像生物发酵和斯特雷克合成法（Strecker synthesis），都存在着效率低下的问题，而且还会用到毒性很强的氰化物，消耗不可再生资源。后来，科学家们把目光投向了生物质衍生的 α- 羟基酸，想用它来合成氨基酸。2018 年，有研究人员利用 Ru/CNT 催化剂在高温高压（220 °C，10 bar H₂ ）的苛刻条件下实现了 α- 羟基酸的热催化胺化，但这种方法对反应条件要求太苛刻，实际应用起来很受限。

随着科技的发展，光催化技术崭露头角。它能在温和的条件下实现有机化合物的选择性转化，就像是给合成氨基酸带来了新希望。研究人员发现，二维（2D）结构的硫化镉（CdS）纳米片在光催化胺化反应中有独特优势，于是他们尝试在 CdS 纳米片上引入助催化剂来提高光激发电荷载流子的迁移效率，可光催化合成氨基酸的效率还是不尽如人意。

在这样的背景下，为了攻克这一难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们合成了一种新型的 2D/2D CdS/1T - 二硫化钼（MoS₂ ）异质结，并将其应用于生物质衍生的乳酸光催化胺化生成丙氨酸的反应中。研究结果令人惊喜，这种异质结展现出了卓越的光催化性能，丙氨酸的生成速率达到了 23.3 mmol?g^?1·h^?1 ，分别是 CdS 纳米片的 4.4 倍和 2D/2D CdS/2H-MoS₂的 1.6 倍。这一成果发表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上，为高效光催化生物质转化提供了全新的策略，有望改变传统氨基酸合成的困境，推动相关产业朝着绿色、高效的方向发展。

研究人员在开展这项研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先是两步溶剂热法，通过优化前驱体组成和溶剂热反应时间，制备出 1T-MoS₂ 、2H-MoS₂ ，进而合成 2D/2D CdS/1T-MoS₂ 和 2D/2D CdS/2H-MoS₂异质结；其次利用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、原子力显微镜（AFM）等技术对合成的异质结进行表征分析 ，探究其微观结构。

下面来看具体的研究结果：

• 光催化性能测试：研究人员将合成的 2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结用于生物质衍生的乳酸光催化胺化生成丙氨酸的反应。实验结果显示，该异质结展现出优异的光催化性能，丙氨酸生成速率高达 23.3 mmol?g^?1·h^?1 ，远高于 CdS 纳米片和 2D/2D CdS/2H-MoS₂ 。这表明 2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结在光催化氨基酸合成方面具有显著优势。
• 结构表征与活性位点分析：通过一系列详细的表征手段发现，与 CdS 和 2D/2D CdS/2H-MoS₂相比，2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结在 2D/2D 异质结界面处存在丰富的界面硫空位。这些硫空位能够在异质结界面的不饱和金属原子上形成大量的路易斯酸位点。路易斯酸位点可以显著增强对乳酸中羟基的吸附和活化作用，从而促进了脱氢步骤的进行，提高了光催化反应效率。
• 反应过程促进机制：2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结不仅能促进乳酸的脱氢反应，还在后续的反应步骤中发挥重要作用。它有利于丙酮酸与氨的缩合反应，并且能够促进丙氨酸从催化剂表面解吸，有效地改善了还原胺化步骤，进一步提高了光催化胺化反应的整体效率。
• 电荷载流子特性：研究还发现，2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结表现出卓越的电荷载流子分离和迁移效率。高效的电荷载流子分离和迁移能够为光催化反应持续提供充足的活性物种，进一步提升了其光催化胺化活性，这也是该异质结光催化性能优异的重要原因之一。

综合以上研究结果，研究人员成功合成了 2D/2D CdS/1T-MoS₂异质结，并将其应用于生物质衍生 α- 羟基酸的光催化胺化反应中，实现了高效的氨基酸合成。丰富的界面硫空位、卓越的电荷载流子分离和迁移效率以及对反应各步骤的促进作用，共同造就了该异质结优异的光催化性能。

这项研究意义重大，它为合成具有丰富界面空位的 2D/2D 异质结提供了新策略，为高效光催化生物质转化开辟了新途径。未来，有望基于此进一步优化光催化剂的设计和制备，推动光催化技术在氨基酸合成以及其他生物质转化领域的广泛应用，实现更加绿色、可持续的化学合成过程，为相关产业的发展注入新的活力。