Insight into Photocatalytic C─N Coupling for Urea Synthesis on Ru Single Atom Modified CeO 2

材料科学 光催化 Atom(片上系统) 联轴节(管道) 尿素 纳米技术 原子物理学 结晶学 化学工程 催化作用 冶金 有机化学 物理 嵌入式系统 化学 工程类 计算机科学
作者
Guangmin Ren,Xiaoyue Chen,Zehui Zhao,Zizhen Li,Xiangchao Meng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (45) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202506296
摘要

Abstract Currently, the production of urea by photochemical routes holds significant potential. However, photocatalytic urea synthesis is significantly limited by the co‐sorption and activation of CO 2 , H 2 O, and N 2 as well as C─N coupling process. Herein, Ru 1 (single atom)/CeO 2 ‐V O (containing oxygen vacancies) is synthesized by a room‐temperature photochemical strategy. Benefiting from the synergistic effect of Ce 3+ ‐V O and single atoms, Ru 1 /CeO 2 ‐V O nanosheets delivered the highest urea yield rate of 13.73 µmol g −1 h −1 . Ultrafast transient absorption spectroscopy demonstrated that the localized asymmetric structure formed by oxygen vacancies and Ru single atoms on CeO 2 can generate a stronger locally polarized electric field, thereby extending the photogenerated carrier lifetime. Experimental and theoretical calculations showed that Ru site promoted N 2 adsorption and optimized water dissociation, which ensured the formation of N‐containing intermediates and the supply of protons to synthesize urea. The Ce‐ V O site activated CO 2 to generate *CO, and the formed *CO migrated from the site to the adjacent Ru‐V O site. Further, the synergistic action of the dual sites promotes *CO couples with *NNH to form *NCONH, eventually converting to urea. Accordingly, this work sheds insight into the design of dual sites for effective photocatalytic C─N bond coupling to synthesize urea.
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