A Defect Engineered Electrocatalyst that Promotes High-Efficiency Urea Synthesis under Ambient Conditions

电催化剂 催化作用 法拉第效率 尿素 材料科学 电化学 傅里叶变换红外光谱 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 电极 有机化学 工程类 物理化学
作者
Chade Lv,Carmen Lee,Lixiang Zhong,Hengjie Liu,Jiawei Liu,Lan Yang,Chunshuang Yan,Wei Yu,Huey Hoon Hng,Zeming Qi,Song Li,Shuzhou Li,Kian Ping Loh,Qingyu Yan,Guihua Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 8213-8222 被引量:126
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01956
摘要

Synthesizing urea from nitrate and carbon dioxide through an electrocatalysis approach under ambient conditions is extraordinarily sustainable. However, this approach still lacks electrocatalysts developed with high catalytic efficiencies, which is a key challenge. Here, we report the high-efficiency electrocatalytic synthesis of urea using indium oxyhydroxide with oxygen vacancy defects, which enables selective C-N coupling toward standout electrocatalytic urea synthesis activity. Analysis by operando synchrotron radiation-Fourier transform infrared spectroscopy showcases that *CO2NH2 protonation is the potential-determining step for the overall urea formation process. As such, defect engineering is employed to lower the energy barrier for the protonation of the *CO2NH2 intermediate to accelerate urea synthesis. Consequently, the defect-engineered catalyst delivers a high Faradaic efficiency of 51.0%. In conjunction with an in-depth study on the catalytic mechanism, this design strategy may facilitate the exploration of advanced catalysts for electrochemical urea synthesis and other sustainable applications.
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