Toward Sustainable Urea Synthesis: Materials Design and Mechanistic Perspectives in Electrocatalytic and Photo(electro)Catalytic Systems

合理设计 材料科学 纳米技术 设计要素和原则 催化作用 生化工程 可持续设计 面(心理学) 尿素 工作(物理) 材料设计 联轴节(管道) 设计策略 碳纤维 光催化 多相催化 反应堆设计 异质结 可持续生产 生产(经济) 环境友好型
作者
Rui Zhao,Wahyu Prasetyo Utomo,Songying Qu,Qiong Lei,Y Li,Hao Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71106
摘要

ABSTRACT The rapidly increasing global demand for urea, coupled with the energy‐intensive and environmentally detrimental Bosch‐Meiser process, underscores the urgent need for sustainable production alternatives. Electrocatalytic (EC), photocatalytic (PC), and photoelectrocatalytic (PEC) pathways have emerged as promising green strategies to synthesize urea under ambient conditions by coupling carbon dioxide reduction with nitrogen activation. Central to the success of these approaches is the rational design of functional materials that can simultaneously promote C─N coupling and suppress competing reactions. In this review, recent advances in catalyst and system engineering, including size regulation, morphology engineering, alloying, defect engineering, crystal facet control, surface tailoring, heterojunction construction, and local environment regulation, are systematically summarized. We highlight that while universal design principles exist, the requirements to achieve optimal performance differ significantly among EC, PC, and PEC systems. In addition, prevailing mechanistic hypotheses, state‐of‐the‐art catalytic materials, and verification methodologies are critically evaluated before outlining key challenges and opportunities for future research. This work provides a timely and comprehensive overview that deepens understanding of sustainable urea synthesis and offers guidance for the rational design of next‐generation catalytic systems.
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