Catalyst-Free Production of Urea from Nitrate and Carbon Dioxide in Water Microdroplets

硝酸盐 二氧化碳 尿素 催化作用 化学 生产(经济) 环境化学 环境科学 制浆造纸工业 废物管理 有机化学 工程类 宏观经济学 经济
作者
S. K. Bose,Jinheng Xu,Kyoungmun Lee,Richard N. Zare
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c01478
摘要

We report a simple, one-step selective process for producing urea (NH2CONH2) from nitrate (NO3-) dissolved in aqueous microdroplets when sprayed with carbon dioxide (CO2) as the nebulizing gas. This synthesis is accomplished without any catalyst or application of any external electric potential or radiation. The electric field at the gas-water interface is believed to drive the reaction process, resulting in urea being dissolved in the water microdroplets, which is the source of hydrogen for this conversion. The highest urea production rate of ∼118 μM h-1 is achieved with optimized parameters. The selectivity of urea formation in this process is >99%. Mass spectrometric studies were conducted to identify the reaction intermediates involved in the conversion. Density functional theory (DFT) calculations support our experimental observations by providing insights into the reaction pathways for the transformation. This eco-friendly approach for urea synthesis consumes CO2, thereby transforming a greenhouse gas into a value-added product.
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