Fundamentals and Rational Design of Heterogeneous C‐N Coupling Electrocatalysts for Urea Synthesis at Ambient Conditions

材料科学 电化学 催化作用 尿素 杂原子 纳米技术 电极 有机化学 物理化学 化学 戒指(化学)
作者
Yuchi Wan,Muyun Zheng,Yan Wei,Jiujun Zhang,Ruitao Lv
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (28) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/aenm.202303588
摘要

Abstract Electrocatalytic C‐N coupling reaction is regarded as a promising strategy for achieving clean and sustainable urea production by coreducing CO 2 and nitrogen species, thus contributing to carbon neutrality and the artificial nitrogen cycle. However, restricted by the sluggish adsorption of reactants, competitive side reactions, and multistep reaction pathways, the electrochemical urea production suffers from a low urea yield rate and low selectivity so far. In order to comprehensively improve urea synthesis performance, it is crucial to develop highly efficient catalysts for electrochemical C‐N coupling. In this article, the catalyst‐designing strategies, C‐N coupling mechanisms, and fundamental research methods are reviewed. For the coreduction of CO 2 and different nitrogen species, several prevailing reaction mechanisms are discussed. With the aim of establishing the standard research system, the fundamentals of electrocatalytic urea synthesis research are introduced. The most important catalyst‐designing strategies for boosting the electrocatalytic urea production are discussed, including heteroatom doping, vacancy engineering, crystal facet regulation, atom‐scale modulation, alloying and heterostructure construction. Finally, the challenges and perspectives are proposed for future industrial applications of electrochemical urea production by C‐N coupling.
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