这个反应，连发两篇AEM和一篇AM！

催化计 · 公众号 · · 2024-08-20 18:44

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电催化讨论群-1： 529627044

1. AM ：脉冲电催化和双活性位点促进硝酸盐和 CO2 制备尿素

构筑具有不同电子密度的双催化位点是促进 NO ₃ ^- 和 CO ₂ 电催化共还原合成尿素的重要途径，但是如何构筑两个电子密度不同的催化位点具有非常大的困难与挑战。

有鉴于此， 华南师范大学兰亚乾教授、吉林大学苏忠民教授、刘靖尧教授等 报道通过精确控制 Au 掺杂 Cu ₇ 团簇结构的 3D 框架材料 Au@cpCu ₇ CF ，实现了精确调控电荷不均匀的分布。

本文要点

要点1. 由于 Au 和 Cu 原子在 Au@cpCu ₇ CF 催化剂内周期性电荷分布，因此当周期性的施加 -0.2~-0.6 V 区间内的波动电势，能够高效率的进行电催化合成尿素。

要点2. 与静态电催化反应效果不同（生成尿素的法拉第效率为 5.10 % ），脉冲过电势能够将生成尿素的法拉第效率提高至 55.53 % 。理论计算结果说明， -0.6 V 的高过电势能够改善 *HNO ₂ 和 *NH ₂ 在 Au 原子上的吸附，阻碍生成副反应的路径； -0.2 V 的低过电势能够导致 Au 和 Cu 位点不均匀的电荷分布，促进 C-N 偶联反应。

这项工作说明动态调控和不对称电荷分布对于电催化合成尿素的重要作用，有助于开发具有精确控制能力的电催化体系。

Xin Zhang, Hao Sun, Yi-Rong Wang, Zhan Shi, Rong-Lin Zhong, Chun-Yi Sun, Jing-Yao Liu, Zhong-Min Su, Ya-Qian Lan, Adv. Mater. 2024

DOI: 10.1002/adma.202408510

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202408510

2. AEM：Cu单原子和MoS2边缘协同电催化NO3-和CO2串联还原制备尿素

在环境条件下，通过 NO ₃ ^- 和 CO ₂ 的共电解（ UENC ）进行尿素电合成是一种有效和可持续的尿素生产方法，但它需要高效的 UENC 电催化剂来促进 C-N 偶联和氢化过程。

近日， 昆明理工大学鲍瑞、兰州交通大学褚克 报道了锚定在 MoS ₂ 上的单原子 Cu （ Cu1-MoS ₂ ）作为高活性和选择性的 UENC 催化剂。

本文要点

要点1. 理论计算和操作光谱表征揭示了 Cu ₁ -MoS ₂ 对 UENC 的协同串联催化作用，其中 Cu 单原子触发早期的 C-N 偶联，而 MoS ₂ 边缘促进了用于尿素生成中 *CO ₂ NH ₂ 到 *COOHNH ₂ 的关键氢化步骤。

要点2. 此外，在液流池中的 Cu ₁ -MoS ₂ 实现了优异的 UENC 性能，在 -0.6 V 下的最大尿素法拉第效率为 57.02% ，相应的尿素收率为 23.3 mmol h ^-1 g ⁻¹ ，这超过了之前报道的所有 UENC 催化剂。

Wenyu Du et.al Synergistic Cu Single Atoms and MoS ₂ -Edges for Tandem Electrocatalytic Reduction of NO ₃ ⁻ and CO ₂ to Urea Adv. Energy Mater. 2024

DOI: 10.1002/aenm.202401765

https://doi.org/10.1002/aenm.202401765

3. AEM：Zn单原子和In2O3-x串联催化CO2和硝酸盐电还原制尿素

通过 CO ₂ 和 NO ₃ ^- （ UECN ）的共电解进行尿素电合成，为将废 CO ₂ /NO ₃ ^- 转化为有价值的尿素提供了一条新途径。

近日， 兰州交通大学褚克、广西大学刘熙俊 将锚定在富含氧空位（ OV ）的 In ₂ O _3-x （ Zn ₁ /In ₂ O _3-x ）上的 Zn 单原子开发为一种高活性和选择性的 UECN 催化剂，

本文要点

要点1. 作者发现，在 -0.7 V 下的液流池中，尿素收率最高为 41.6 mmol h ⁻¹ g ⁻¹ ，尿素法拉第效率为 55.8% ，优于之前报道的大多数 UECN 催化剂。原位光谱测量和理论计算揭示了 In/Zn ₁ 位点和 OV 在通过串联催化机制促进 UECN 过程中的协同作用，其中 Zn ₁ -OV 位点活化 NO ₃ ^- 形成 *NH ₂ ，而 In-OV 位点活化 CO ₂ 形成 *CO 。

要点2. 此外，形成的 *CO 自发地从 In-OV 位点迁移到附近的 Zn ₁ -OV 位点，然后与 *NH ₂ 结合产生 *CONH ₂ ，最终转化为尿素。

Ying Zhang et.al Promoting Electroreduction of CO ₂ and NO ₃ ⁻ to Urea via Tandem Catalysis of Zn Single Atoms and In ₂ O _3-x Adv. Energy Mater. 2024

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