Unveiling Electrochemical Urea Synthesis by Co‐Activation of CO2 and N2 with Mott–Schottky Heterostructure Catalysts

亲核细胞 放热反应 催化作用 材料科学 吸附 吸热过程 电泳剂 法拉第效率 分子 无机化学 尿素 异质结 化学 光化学 电化学 物理化学 电极 有机化学 光电子学
作者
Menglei Yuan,Junwu Chen,Yiling Bai,Zhanjun Liu,Jingxian Zhang,Tongkun Zhao,Qin Wang,Shuwei Li,Hongyan He,Guangjin Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (19): 10910-10918 被引量:300
标识
DOI:10.1002/anie.202101275
摘要

Abstract Electrocatalytic C−N bond coupling to convert CO 2 and N 2 molecules into urea under ambient conditions is a promising alternative to harsh industrial processes. However, the adsorption and activation of inert gas molecules and then the driving of the C–N coupling reaction is energetically challenging. Herein, novel Mott–Schottky Bi‐BiVO 4 heterostructures are described that realize a remarkable urea yield rate of 5.91 mmol h −1 g −1 and a Faradaic efficiency of 12.55 % at −0.4 V vs. RHE. Comprehensive analysis confirms the emerging space–charge region in the heterostructure interface not only facilitates the targeted adsorption and activation of CO 2 and N 2 molecules on the generated local nucleophilic and electrophilic regions, but also effectively suppresses CO poisoning and the formation of endothermic *NNH intermediates. This guarantees the desired exothermic coupling of *N=N* intermediates and generated CO to form the urea precursor, *NCON*.
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