Defect‐Induced Triple Synergistic Modulation of CuBi Clusters for Enhanced Urea Electrosynthesis

电合成 法拉第效率 尿素 化学 电化学 催化作用 产量(工程) 密度泛函理论 吸附 联轴节(管道) 解吸 无机化学 动力学 偶联反应 反应机理 基质(水族馆) 氧化还原 分解水 反应中间体 组合化学 电催化剂 化学工程 多相催化 光化学 化学动力学 原位
作者
Yingchao Yu,Xiandi Ma,Yanmei Huang,Menggai Jiao,Lingjun Kong,Bin Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (7): e25147-e25147 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202525147
摘要

Electrochemical C-N coupling of CO2 and NO3 - is a promising green approach for synthesizing urea. However, achieving efficient C-N coupling remains challenging because of the kinetic mismatch between CO2 and NO3 - reduction. Stabilizing key N-containing intermediates to facilitate their coupling with C-containing intermediates is crucial for achieving high Faradaic efficiency. In this study, defect-rich CuBi clusters (D-CuBi) were synthesized, and the effects of the enhanced functionalities of the defects of D-CuBi on the performance of urea synthesis at different critical processes were systematically investigated. Density functional theory calculations and in situ electrochemical spectroscopic analysis revealed that the defects in D-CuBi facilitated the adsorption of CO2 and prevented the desorption of the key *NO2 intermediate as NO2 -. Moreover, these sites facilitated the adsorption of active water molecules, thereby accelerating the reaction kinetics for urea production. As a result, the D-CuBi catalyst achieved a remarkable urea Faradaic efficiency of 53.1% and a yield rate of 2.57 µmol h-1 cm-2 at -1.0 V vs. the reversible hydrogen electrode, representing an approximately tenfold enhancement over the intact CuBi. This work presents insight into urea electrosynthesis from CO2 and NO3 - through defect engineering.
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