我校化工学院白杰教授、柳欢副教授团队在电催化二氧化碳还原合成尿素研究中取得进展

近日，我校化工学院白杰教授、柳欢副教授团队联合哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院徐成彦教授、马飞翔副研究员在电催化二氧化碳还原合成尿素研究中取得进展。

尿素作为医药、化工及农业领域的关键基石，全球年产量已逾2亿吨。当前，工业合成依赖于Bosch-Meiser工艺，该路线需在高温（150-200^oC）和高压（150-250bar）条件下驱动CO₂与NH₃反应，不仅能耗巨大，且伴随大量的碳排放。在此背景下，利用可再生电力驱动CO₂与NO₃^-发生C-N偶联以实现电催化尿素合成，被视为替代传统热化学过程的理想绿色路径。该研究构建了锚定于La_1.6CuO₄钙钛矿纳米纤维表面的Pd纳米团簇复合材料（Pd-La_1.6CuO₄），通过构筑Pd-O-Cu桥键强化界面电子相互作用。其独特构型促进了电子由Cu向Pd的定向转移，并显著增强了对含C/N关键中间体（^*CO和^*NH₂）的共吸附能力，从而在电催化合成尿素中实现了56.25 %的较高法拉第效率及241.75µg∙h^-1∙mg_cat^-1的产率。该工作不仅提出了基于含C/N中间体共吸附策略的高效尿素合成路径，也为拓展钙钛矿氧化物在电催化领域的应用提供了新思路。

图1 Pd-La_1.6CuO₄催化剂电子结构与局部配位环境

图2 Pd-La_1.6CuO₄催化剂在尿素合成中的电催化性能

图3 Pd-La_1.6CuO₄催化剂上C-N偶联反应机制

图4 DFT理论计算结果

相关研究文章“Pd-O-Cu Bridging Promotes Co-Adsorption of CO and NH₂ Intermediates for Efficient Electrocatalytic Urea Synthesis over Pd-La_1.6CuO₄”（https://doi.org/10.1002/adfm.76367）在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（IF：19.0）发表，团队中2022级硕士研究生刘晓鹏，张意达副教授和2024级硕士研究生刘晓茹为共同第一作者，白杰教授、柳欢副教授，哈尔滨工业大学（深圳）徐成彦教授、马飞翔副研究员为论文共同通讯作者，我校为论文第一单位。

图5 论文页面

文字、图片：化工学院