中新網(wǎng)合肥11月2日電 (吳蘭 耿競(jìng))記者2日從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院科研人員在電化學(xué)合成尿素方面取得新進(jìn)展。
相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition上。
近期，中科院合肥研究院固體所環(huán)境與能源納米材料中心與激光液相制備與加工技術(shù)課題組，采用液相激光輻照方法在碳納米管上制備了共生的碳包覆非晶態(tài)鐵和四氧化三鐵納米顆粒，實(shí)現(xiàn)高效電化學(xué)合成尿素。
尿素是化肥的重要氮源，全球年產(chǎn)量超過1億噸。尿素除了用作農(nóng)業(yè)肥料外，也是制藥和化工生產(chǎn)的重要原料。
生產(chǎn)尿素的主要工業(yè)路線是通過二氧化碳和氨反應(yīng)的Bosch-Meiser工藝，該工藝不僅需要極端苛刻的反應(yīng)條件，例如150-200°C的高溫和150-250 bar的高壓等，還會(huì)導(dǎo)致高能耗和二氧化碳排放，并消耗了能源密集型Haber-Bosch工藝生產(chǎn)的全球80%的氨。因此，探索在溫和條件下進(jìn)行尿素合成的節(jié)能經(jīng)濟(jì)路線尤為重要。
最近的研究表明，在環(huán)境條件下，通過電化學(xué)還原二氧化碳和硝酸根可以合成尿素，但其效率較低，實(shí)際應(yīng)用仍面臨巨大挑戰(zhàn)。合成過程中的關(guān)鍵步驟中需要一種高效的催化劑。
基于此，研究人員采用液相激光輻照方法在碳納米管上制備了共生的碳包覆非晶態(tài)鐵和四氧化三鐵納米顆粒，所制備的納米顆粒包含兩種鐵基活性組分。這兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)單元的存在，使協(xié)同電催化活化二氧化碳和硝酸根實(shí)現(xiàn)C-N偶聯(lián)成為可能。
電化學(xué)測(cè)試以及密度泛函理論計(jì)算顯示，在一定環(huán)境條件下對(duì)二氧化碳和硝酸根電催化偶聯(lián)生成尿素表現(xiàn)出優(yōu)異的活性。該工作為解決環(huán)境條件下尿素合成問題提供了一種新策略。
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