Electrochemical Urea Production over Diatomic Fe–Ni Catalyst: a Mechanism for C–N Coupling

电化学 尿素 材料科学 催化作用 电化学电位 联轴节(管道) 质子化 势能面 无机化学 化学物理 物理化学 电极 分子 化学 有机化学 离子 冶金
作者
Zengying Ma,Xueqian Xia,Bowen Song,Renjie Li,Xiufeng Wang,Yucheng Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (35): 46323-46331 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsami.4c09346
摘要

Co-electrocatalytic reduction of CO2 and nitrate/nitrite as carbon and nitrogen sources to synthesize urea is an effective strategy to solve the energy problem and alleviate environmental pollution. In this work, combined density functional theory calculations with a constant-potential implicit solvent model, we proposed a strategy for the determination of the preferred reaction pathway and the potential window that is guided by the potential-dependent free energy change. It was found that on the FeNi-N6-C surface, the C-N coupling occurs between *NHO and the protonated CO2 in the potential window of -2.43 to -1.34 V for the urea electrochemical production, where the predicted onset potential accords well with the experimental results. The activity originates from the less weak bonding strength of N-O and the negatively charged N atom in *NHO. This study offers a general approach to determining the optimal reaction pathway in electrochemistry and insights into the mechanism of electrochemical synthesis of urea.
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