Oxide-Derived Core–Shell Cu@Zn Nanowires for Urea Electrosynthesis from Carbon Dioxide and Nitrate in Water

电合成 尿素 硝酸盐 电化学 无机化学 二氧化碳 纳米线 氧化物 材料科学 化学工程 化学 纳米技术 电极 有机化学 物理化学 工程类 冶金
作者
Nannan Meng,Xiaomin Ma,Changhong Wang,Yuting Wang,Rong Yang,Jiang Shao,Yanmei Huang,Yue Xu,Bin Zhang,Yifu Yu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 9095-9104 被引量:254
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01177
摘要

Urea electrosynthesis provides an intriguing strategy to improve upon the conventional urea manufacturing technique, which is associated with high energy requirements and environmental pollution. However, the electrochemical coupling of NO3- and CO2 in H2O to prepare urea under ambient conditions is still a major challenge. Herein, self-supported core-shell Cu@Zn nanowires are constructed through an electroreduction method and exhibit superior performance toward urea electrosynthesis via CO2 and NO3- contaminants as feedstocks. Both 1H NMR spectra and liquid chromatography identify urea production. The optimized urea yield rate and Faradaic efficiency over Cu@Zn can reach 7.29 μmol cm-2 h-1 and 9.28% at -1.02 V vs RHE, respectively. The reaction pathway is revealed based on the intermediates detected through in situ attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy and online differential electrochemical mass spectrometry. The combined results of theoretical calculations and experiments prove that the electron transfer from the Zn shell to the Cu core can not only facilitate the formation of *CO and *NH2 intermediates but also promote the coupling of these intermediates to form C-N bonds, leading to a high faradaic efficiency and yield of the urea product.
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