Angew：通过一步 C-N 耦合电催化合成尿素，法拉第效率为 63.5%，N 选择性为 100%

Nanoyu

2023-06-23

氮气和二氧化碳耦合电催化合成尿素为缓解能源危机、减少碳足迹提供了一条有效途径。然而，N≡N难以开裂是导致电催化氨和尿素合成效率低的主要原因，也是制约其工业化应用的瓶颈。

为此，湖南大学王双印教授，陈晨，科廷大学蒋三平提出了在尿素生产过程中，通过延长N≡N而不是断裂N≡N来克服氮分子惰性的新机理，实现了一步碳-氮耦合。

文章要点

1）研究人员构建了一种具有轴向氯化物配位的锌锰双原子催化剂，锌锰中心对CO中毒表现出很高的耐受性，法拉第效率甚至可以提高到63.5%，这是迄今报道的最高值。

2）更重要的是，可以忽略的N≡N键断裂有效地避免了作为中间体的氨的生成，因此，在共电催化体系中，尿素合成的N-选择性达到100%。打破了以往认为合成尿素的电催化剂必须具有氨合成活性的认识。

3）同位素标记测量和Operando同步辐射傅里叶变换红外光谱证实了N-N三键的活化和固氮活性来源于CO物种与吸附的N₂分子的一步C-N偶联过程。

参考文献

Xiaoran Zhang, et al, Electrocatalytic Urea Synthesis with 63.5% Faradaic Efficiency and 100% N-Selectivity via One-step C–N Coupling, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305447

DOI: 10.1002/anie.202305447

https://doi.org/10.1002/anie.202305447