CO2和NO3-與電催化偶聯合成尿素是一種有前景的路線,這個反應可以減少溫室氣體排放,減少工業過程中的廢物,并儲存可再生能源。但是,由于CO2和NO3-偶聯反應涉及許多反應物和反應的多個步驟,因此具有較差的產物選擇性和催化活性,這限制了電催化合成尿素的應用。有鑒于此,中國科學院化學所韓布興院士、孫曉甫研究員等首次報道設計異質結構CuBi雙金屬催化劑用于尿素電合成。
本文要點
(1)
在H型電解槽實現了較高的(23.5%)尿素法拉第效率,產率為2180.3 μg h-1 mgcat-1,這超過大多數文獻報道的電催化劑性能。催化劑具有優異的循環穩定性。實驗和密度泛函理論計算表明,引入適量的Bi能夠形成豐富的Bi-Cu/O-Bi/Cu2O異質結構的界面,這有利于NO3-、CO2和H2O的活化,改善C-N耦合,促進*HONCON中間體的形成。
(2)
此外,驗證發現有助于HNCONH2的質子化和尿素產物分子脫附,進一步解釋了這種CuBi雙金屬催化劑具有尿素高活性和選擇性的原因。
參考文獻
Xinning Song, Xiaodong Ma, Tianhui Chen, Liang Xu, Jiaqi Feng, Limin Wu, Shunhan Jia, Libing Zhang, Xingxing Tan, Ruhan Wang, Chunjun Chen, Jun Ma, Qinggong Zhu, Xinchen Kang, Xiaofu Sun*, and Buxing Han*, Urea Synthesis via Coelectrolysis of CO2 and Nitrate over Heterostructured Cu–Bi Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c08564
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08564