Interfacial Zn─O─Ti Sites for Efficient Photocatalytic Urea Synthesis from CO 2 and N 2

光催化 尿素 产量(工程) 吸附 量子产额 氮气 材料科学 化学工程 化学 光合作用 无机化学 氧气 工作(物理) 光化学 能量转换 Atom(片上系统) 联轴节(管道) 催化作用
作者
Jiaojiao Fang,Yan Wu,Huiling Hu,Hangmin Xu,Anni Zhu,Yukai Chen,Xingwang Zhu,Junjie Mao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (45): e202517121-e202517121 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202517121
摘要

Urea photosynthesis from CO2 and N2 has profound environmental and energy implications. However, the simultaneous activation of CO2 and N2, along with the promotion of C─N bond formation, remains a major challenge. Herein, the asymmetric interfacial sites (Zn─O─Ti) were engineered by building oxygen atom bridges between ZIF-8 and MIL-125 to enable efficient photocatalytic urea synthesis. The optimized Zn─O─Ti interface structure achieves a urea yield of 130 µmol g-1 h-1 in pure water and an apparent quantum yield of 5.52% at 350 nm, outperforming most materials reported for urea photosynthesis. Mechanistic studies reveal that Zn sites catalyze the conversion of CO2 to *CO species, while Ti sites adsorb and activate N2 to generate *NH-NH species. The asymmetric interfacial sites lower the energy barrier for the coupling of *CO and *NH-NH to form *CONH2 intermediates, thereby promoting urea photosynthesis. This work provides significant insights into designing interfacial asymmetric sites to facilitate photosynthetic organic chemicals for upgrading the nitrogen cycle.
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