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目前，尿素的制造主要是在惡劣條件下通過氨和CO₂制造，消耗了全球約80%的氨產量和約2%的能源。最有趣的解決方案之一是開發(fā)一種電化學合成系統(tǒng)，特別是由可再生電力驅動，在溫和的溫度和壓力下合成尿素。因此，采用活性氮污染物作為氮源與CO₂偶聯(lián)的電催化尿素合成從節(jié)能和環(huán)保的角度來看是一種雙贏的策略。然而，在環(huán)境條件下，H₂O 中 NO₃^–和CO₂的電化學耦合制備尿素仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

天大ACS Nano: 尿素產率達7.29 umol cm-2 h-1！Cu@Zn納米線用于高效電合成尿素

基于此，天津大學于一夫和王雨婷等通過對Cu₂O@ZnO分級納米線進行原位電還原，制備出自支撐核殼Cu@Zn納米線，所獲得的Cu@Zn催化劑以CO₂和NO₃^–污染物為原料用于尿素電合成。優(yōu)化的Cu@Zn在-1.02 V_RHE時的尿素收率和法拉第效率分別可以達到7.29 umol cm^-2 h^-1和9.28%，明顯高于Zn(0.77umol cm^-2 h^-1, 1.00%)和Cu (0 umol cm^-2 h^-1, 0.00%)。

此外，通過原位衰減全反射傅里葉變換紅外光譜和在線差示電化學質譜檢測的中間體揭示了反應途徑：電還原CO₂和硝酸鹽反應物，催化劑上的*CO和*NH₂中間體偶聯(lián)形成C-N鍵。理論計算證明，從Zn到Cu的電子傳輸促進了關鍵中間體(*CO和*NH₂)的形成，降低了*CO和*NH₂的耦合能壘，提高了尿素電合成的催化性能。

Oxide-Derived Core-Shell Cu@Zn Nanowires for Urea Electrosynthesis from Carbon Dioxide and Nitrate in Water. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01177

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