化石燃料的燃烧及工业生产排放的氮氧化合物（NOx）是形成酸雨和大气中光化学烟雾的重要原因，对人类健康和地球环境造成了极大危害。随着电解水制氢研究的不断深入，探索氢的高效利用十分关键，将电解水制氢与NOx还原转化相结合制备高附加值化学品具有重大意义，但是反应复杂，副产物种类多。

针对上述问题，中山大学李光琴教授团队与中国科技大学刘庆华教授团队合作取得了重大突破，首次报道了一种从氮氧化物电催化合成人体必需氨基酸的普适性新方法，可以一石二鸟，不仅能消除有害的NOx，还可以拓展氨基酸人工合成新方法，合成了多种氨基酸。以人体必需的氨基酸之一缬氨酸为例，它在促进身体生长、修复组织及调节血糖等方面具有重要的作用，本研究利用NOx氮源实现电催化合成缬氨酸等，更为安全可靠，是一种绿色环保的方法。

李光琴教授团队克服重重困难，经过多年的研究实现高效产氢与氮氧化物还原偶联，有效利用了电催化制氢过程中的活性氢，为实现特异性电催化加氢与人工合成氨基酸提供了新思路。如团队研究发现在电合成缬氨酸过程中涉及到多种反应路径，包括电催化制氢、NO还原产胺和羟胺、酮酸加氢形成乳酸等；为此，设计以金属有机框架材料为前驱体，制备了含有Fe-N₄结构限域的铁单原子多孔碳材料作为电催化剂，获得的缬氨酸产量可达32 μmol g_cat^-1,选择性为11.3%。

该方法具有很好的普适性，不仅适用于多种氮源，包括NO、NO₂和NO₃^-, 还可以拓展到多种碳源底物，合成了缬氨酸、亮氨酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸等多种氨基酸。

在刘庆华教授团队协助下，通过原位XAFS和原位红外手段，检测了反应过程中的催化剂价键变化和关键中间体形成，对该反应机理进行了深入探究。结合试验结果，研究发现NO在铁单原子催化还原过程中形成的羟胺中间体，迅速亲核进攻α-酮酸的碳，形成关键中间体肟，进而后续加氢转化得到氨基酸。

综上所述，研发团队报道了一种从废气和含硝酸根废水中合成氨基酸的有效方法，首次实现电催化NO还原人工合成必需氨基酸的重要突破，实现“铁树开花、变废为宝”， 这对解决环境问题具有重大意义。此外，本研究还为利用可再生清洁能源将氮氧化物转化为具有高附加值的有机氮化学品提供了重要思路。