Plasma-electrocatalytic synthesis of urea from air and CO2

尿素 法拉第效率 电化学 催化作用 产量(工程) 氮气 无机化学 联轴节(管道) 化学工程 电极 化学 氨生产 尿素循环 替代天然气 电催化剂
作者
Zeyi Sun,Rui Niu,Shiyao Shang,Yali Guo,Hu Zhang,Xijun Liu,Libang Feng,Ke Chu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 8837-8837 被引量:71
标识
DOI:10.1038/s41467-025-63923-z
摘要

Electrochemical C-N coupling of CO2 with nitrogenous sources (e.g., N2, NO3−) provides a promising method for urea production, whereas the current electrochemical methods are limited by low conversion efficiency or reliance on fossil fuel-derived NO3− feedstock. Here, we develop a plasma-electrocatalytic route for urea synthesis from ambient air and CO2, which starts with plasma-assisted air activation to generate reactive NOx− (92.1% NO2−), followed by electrocatalytic co-reduction of CO2 + NOx− to urea. By using a single-atom Ru1/CuOx catalyst in double chamber membrane electrode assembly, we achieve a urea yield rate of 106.9 mmol h−1 gcat−1 and a Faradaic efficiency of 86.7%. This plasma-electrocatalytic route demonstrates a paradigm-shifting strategy for revolutionizing urea synthesis, making a great leap toward decarbonized nitrogen economy. Current urea synthesis methods are challenged by low C-N coupling efficiency or reliance on fossil fuel-derived NH3/NO3−. Here, the authors report plasma-electrocatalytic synthesis of urea from air and CO2, which enables a high-efficiency C-N coupling and circumvents fossil fuel dependency.
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