通过高效绿色的电化学工艺生产高附加值化学品被认为是可以代替基于化石燃料的传统生产技能的空想方法之一。尿素是养活天下上一半以上人口的主要农业肥料，同时也是工业生产中必不可少的反应质料。然而其目前的制备工艺紧张依赖高耗能高污染的Bosch-Meiser法，如果能够利用电化学的方法将有害或无用的小分子（CO2和NO3-）进行电催化还原及C-N耦合，将可能实现水溶液中尿素的直接制备。然而，在水相体系中，碳/氮基小分子的电化学还原反应一贯被严重的析氢副反应困扰，同时碳、氮中间产物的C-N耦合过程效率偏低，共同导致了较低的产物转化效率，阻碍了尿素的高效制备。
北京航空航天算夜学郭林组成功研发了非晶氧化铋锡纳米片催化剂，有效抑制了析氢副反应及碳/氮基小分子的单独还原，实现了高效的C-N耦合过程，终极同时得到了精良的尿素合成法拉第效率（78.36%）、氮选择性（90.41%）和碳选择性（95.39%）。该项研究为通过有害或无用的小分子转化实现高附加值化学品的合成供应了借鉴，为自然界的碳循环和氮循环的人工闭环供应了技能支持。干系事情以“Amorphous Bismuth-Tin Oxide Nanosheets with Optimized C-N Coupling for Efficient Urea Synthesis”为题揭橥在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
研究要点
1. 制备的非晶氧化铋锡纳米片催化剂有效抑制了水溶液环境中析氢副反应及碳/氮基小分子的单独还原，实现了高效的C-N耦合过程，终极同时得到了精良的尿素合成法拉第效率（78.36%）、氮选择性（90.41%）和碳选择性（95.39%）。
2. 原位拉曼光谱测试及理论打算创造，非晶氧化铋锡纳米片的构筑有效地调控了催化剂的
轨道电子态，从而实现了基于吸附态二氧化碳（CO 2 ）而不是传统的吸附态二氧化碳（CO）为关键中间体的C-N耦合过程。
3. 原位X射线接管光谱的结果揭示了高氧化态的晶体催化剂更方向于独立的发生NO3-还原合成氨反应，非晶催化剂中低氧化态的Bi和Sn对反应物的吸附能力适中，更适宜尿素合成反应。
研究图文
图1 非晶氧化铋锡/rGO纳米片复合催化剂的制备
图2 非晶氧化铋锡/rGO纳米片复合催化剂的电化学尿素合成性能评估
图3 非晶氧化铋锡/rGO纳米片复合催化剂的原位拉曼测试及催化路径解析
图4 原位XAS揭示非晶催化剂与对应的晶体催化剂在电催化尿素合成中的上风
文献详情
Amorphous Bismuth-Tin Oxide Nanosheets with Optimized C-N Coupling for Efficient Urea Synthesis
Xiangyu Chen, Shuning Lv, Hongfei Gu, Hanke Cui, Gui Liu, Yifei Liu, Zhaoyu Li, Ziyan Xu, Jianxin Kang, Gilberto Teobaldi, Li-Min Liu, Lin Guo
Journal of the American Chemical Society
DOI:10.1021/jacs.4c03156
