天大ACS Nano: 尿素产率达7.29 umol cm-2 h-1！

目前，尿素的制造主要是在恶劣条件下通过氨和CO2制造，消耗了全球约80%的氨产量和约2%的能源。最有趣的解决方案之一是开发一种电化学合成系统，特别是由可再生电力驱动，在温和的温度和压力下合成尿素。因此，采用活性氮污染物作为氮源与CO2偶联的电催化尿素合成从节能和环保的角度来看是一种双赢的策略。然而，在环境条件下，H2O 中 NO3-和CO2的电化学耦合制备尿素仍然是一个重大挑战。

基于此，天津大学于一夫和王雨婷等通过对Cu2O@ZnO分级纳米线进行原位电还原，制备出自支撑核壳Cu@Zn纳米线，所获得的Cu@Zn催化剂以CO2和NO3-污染物为原料用于尿素电合成。优化的Cu@Zn在-1.02 VRHE时的尿素收率和法拉第效率分别可以达到7.29 umol cm-2 h-1和9.28%，明显高于Zn(0.77umol cm-2 h-1, 1.00%)和Cu (0 umol cm-2 h-1, 0.00%)。

此外，通过原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱和在线差示电化学质谱检测的中间体揭示了反应途径：电还原CO2和硝酸盐反应物，催化剂上的*CO和*NH2中间体偶联形成C-N键。理论计算证明，从Zn到Cu的电子传输促进了关键中间体(*CO和*NH2)的形成，降低了*CO和*NH2的耦合能垒，提高了尿素电合成的催化性能。

Oxide-Derived Core-Shell Cu@Zn Nanowires for Urea Electrosynthesis from Carbon Dioxide and Nitrate in Water. ACS Nano, 2022.