光电化学反应是一种新兴的生物质转化方法，但很少有人探索将葡萄糖转化为增值化学品。基于此，新加坡国立大学陈伟教授和Tian Zhangliu（共同通讯作者）等人报道了一种光电化学方法，通过将单原子Pt锚定在缺陷的TiO2纳米棒阵列上（Pt/Def-TiO2）作为光阳极，将葡萄糖选择性氧化为高附加值的葡萄糖酸。实验测试发现，Pt/Def-TiO2在0.6 V下氧化葡萄糖时的光电流密度为1.91 mA cm-2，在模拟阳光照射下葡萄糖酸的收率为84.3%。
本文通过2D-HMBC NMR和IMPS的电荷转移速率常数（kt），作者研究了Pt/def-TiO2光阳极的反应途径和机理。为根据2D-HMBC NMR谱，氧化1 h后，可以观察到葡萄糖、GLU及其部分内酯化衍生物。在氧化3 h后，除GLU和d-葡糖苷1, 4内酯外，还生成了GLA、GLA的内酯化衍生物（d-葡糖苷1, 4内酯）和l-古鲁醛酸（GUR）。当氧化5.5 h后，大部分葡萄糖转化为GLA平衡，并含有少量d-葡糖苷1, 4内酯，少量GLU存在于电解质中。因此，葡萄糖的氧化过程是由葡萄糖生成GLU，再生成GUR，最后生成GLA，同时与它们的内酯化衍生物达到平衡。此外，在不施加任何电压的情况下，将Pt/def-TiO2 NRAs分别浸入到1 M KOH-10 mM葡萄糖、1 M KOH-10 mM GLU和1 M KOH-10 mM GUR的电解质中。在20 °C模拟阳光照射5 h后，利用高效液相色谱法对电解液进行分析，结果表明电解液中检测到微量GLA，表明在Pt SAs上GLU氧化为GLA确实是一个PEC反应。Selective photoelectrochemical oxidation of glucose to glucaric acid by single atom Pt decorated defective TiO2. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-35875-9.https://doi.org/10.1038/s41467-023-35875-9.
