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目前，尿素的制造主要是在惡劣條件下通過氨和CO₂制造，消耗了全球約80%的氨產(chǎn)量和約2%的能源。最有趣的解決方案之一是開發(fā)一種電化學合成系統(tǒng)，特別是由可再生電力驅(qū)動，在溫和的溫度和壓力下合成尿素。因此，采用活性氮污染物作為氮源與CO₂偶聯(lián)的電催化尿素合成從節(jié)能和環(huán)保的角度來看是一種雙贏的策略。然而，在環(huán)境條件下，H₂O 中 NO₃^–和CO₂的電化學耦合制備尿素仍然是一個重大挑戰(zhàn)。

天大ACS Nano: 尿素產(chǎn)率達7.29 umol cm-2 h-1！Cu@Zn納米線用于高效電合成尿素

基于此，天津大學于一夫和王雨婷等通過對Cu₂O@ZnO分級納米線進行原位電還原，制備出自支撐核殼Cu@Zn納米線，所獲得的Cu@Zn催化劑以CO₂和NO₃^–污染物為原料用于尿素電合成。優(yōu)化的Cu@Zn在-1.02 V_RHE時的尿素收率和法拉第效率分別可以達到7.29 umol cm^-2 h^-1和9.28%，明顯高于Zn(0.77umol cm^-2 h^-1, 1.00%)和Cu (0 umol cm^-2 h^-1, 0.00%)。

此外，通過原位衰減全反射傅里葉變換紅外光譜和在線差示電化學質(zhì)譜檢測的中間體揭示了反應途徑：電還原CO₂和硝酸鹽反應物，催化劑上的*CO和*NH₂中間體偶聯(lián)形成C-N鍵。理論計算證明，從Zn到Cu的電子傳輸促進了關鍵中間體(*CO和*NH₂)的形成，降低了*CO和*NH₂的耦合能壘，提高了尿素電合成的催化性能。

Oxide-Derived Core-Shell Cu@Zn Nanowires for Urea Electrosynthesis from Carbon Dioxide and Nitrate in Water. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c01177

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