Tuning Intermediates Adsorption and C─N Coupling for Efficient Urea Electrosynthesis Via Doping Ni into Cu

电合成 无机化学 尿素 电化学 化学 法拉第效率 亚硝酸盐 催化作用 吸附 选择性 电极 物理化学 有机化学 硝酸盐
作者
Yangyang Zhang,Yajun Zhao,Marshet Getaye Sendeku,Fuhua Li,Jinjie Fang,Yuan Wang,Zhongbin Zhuang,Yun Kuang,Bin Liu,Xiaoming Sun
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:8 (3): e2300811-e2300811 被引量:24
标识
DOI:10.1002/smtd.202300811
摘要

Simultaneous electrochemical reduction of nitrite and carbon dioxide (CO2 ) under mild reaction conditions offers a new sustainable and low-cost approach for urea synthesis. However, the development of urea electrosynthesis thus far still suffers from low selectivity due to the high energy barrier of * CO formation and the subsequent C─N coupling. In this work, a highly active dendritic Cu99 Ni1 catalyst is developed to enable the highly selective electrosynthesis of urea from co-reduction of nitrite and CO2 , reaching a urea Faradaic efficiency (FE) and production rate of 39.8% and 655.4 µg h-1 cm-2 , respectively, at -0.7 V versus reversible hydrogen electrode (RHE). In situ Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) measurements together with density functional theory (DFT) calculations demonstrate that Ni doping into Cu can significantly enhance the adsorption energetics of the key reaction intermediates and facilitate the C─N coupling. This work not only provides a new strategy to design efficient electrocatalysts for urea synthesis but also offers deep insights into the mechanism of C─N coupling during the co-reduction of nitrite and CO2 .
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