Modulating *CO Adsorption Behavior: A Mechanistic Strategy for High‐Efficiency C–N Coupling in Urea Electrochemical Synthesis

尿素 电化学 化学 吸附 催化作用 解吸 联轴节(管道) 无机化学 产量(工程) 配体(生物化学) 结合能 法拉第效率 电泳剂 吸收(声学) 组合化学 电极 原位
作者
Lu‐Hua Zhang,Jiangyi Guo,Cui-Li Shi,Long Zhao,Jiayu Zhan,Fei Li,Fengshou Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e3793785-e3793785
标识
DOI:10.1002/anie.3793785
摘要

ABSTRACT Electrochemical urea synthesis through CO 2 and nitrate/nitrite (NO 3 − /NO 2 − ) co‐reduction represents a revolutionary alternative pathway for urea formation. Although studies reveal that restraining C‐intermediates desorption is beneficial for C‐N coupling, *CO adsorption behaviors were usually described by *CO binding energy based on DFT calculations. The intrinsic reason why the *CO adsorption behaviors could modulate the activity for urea formation remains ambiguous. Herein, a series of high‐density Cu 1 /M 1 ‐NOC electrocatalysts regarding single‐atomically dispersed Cu 1 /Cu 1 , Cu 1 /Ni 1 , Cu 1 /Au 1 , or Cu 1 /Pd 1 sites anchored on N, O‐co‐doped carbon were developed for electrochemical urea synthesis. In situ spectroscopy reveals that strengthening *CO binding energy not only enhances *CO coverage but also increases the proportion of linear *CO absorption configuration (*CO L ). The *CO L with sp hybridization exhibits stronger electrophilicity than that for bridge adsorption, thereby favoring coupling with N‐intermediates. Notably, a linear relationship was established by plotting urea yield versus *CO L coverage. As such, the intrinsic reason for facilitating C─N coupling was originated from the local enrichment of *CO L . The optimal Cu 1 /Pd 1 ‐NOC catalyst exhibits the high urea Faradaic efficiencies of 73.73% and 67.3% with NO 2 − and NO 3 − as N source, respectively. This research provides an effective strategy to boost urea performance by precisely controlling the *CO adsorption behaviors.
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