Efficient Electrochemical Co‐Reduction of Carbon Dioxide and Nitrate to Urea with High Faradaic Efficiency on Cobalt‐Based Dual‐Sites

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作者
Xiaoya Fan,Chaozhen Liu,Xun He,Zixiao Li,Luchao Yue,Wenxi Zhao,Jun Li,Yan Wang,Tingshuai Li,Yongsong Luo,Dongdong Zheng,Shengjun Sun,Qian Liu,Luming Li,Wei Chu,Feng Gong,Bo Tang,Yongchao Yao,Xuping Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (25): e2401221-e2401221 被引量:166
标识
DOI:10.1002/adma.202401221
摘要

Renewable electricity-powered nitrate/carbon dioxide co-reduction reaction toward urea production paves an attractive alternative to industrial urea processes and offers a clean on-site approach to closing the global nitrogen cycle. However, its large-scale implantation is severely impeded by challenging C-N coupling and requires electrocatalysts with high activity/selectivity. Here, cobalt-nanoparticles anchored on carbon nanosheet (Co NPs@C) are proposed as a catalyst electrode to boost yield and Faradaic efficiency (FE) toward urea electrosynthesis with enhanced C-N coupling. Such Co NPs@C renders superb urea-producing activity with a high FE reaching 54.3% and a urea yield of 2217.5 µg h-1 mgcat. -1, much superior to the Co NPs and C nanosheet counterparts, and meanwhile shows strong stability. The Co NPs@C affords rich catalytically active sites, fast reactant diffusion, and sufficient catalytic surfaces-electrolyte contacts with favored charge and ion transfer efficiencies. The theoretical calculations reveal that the high-rate formation of *CO and *NH2 intermediates is crucial for facilitating urea synthesis.
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