尿素作為一種重要的化學(xué)品，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和化工等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)工業(yè)尿素合成方法主要包括兩個(gè)連續(xù)高溫、高壓過(guò)程，氮+氫→氨，以及氨+二氧化碳→尿素，其能耗高且污染嚴(yán)重。
近日，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》從湖北大學(xué)了解到，該?；瘜W(xué)化工學(xué)院教授王升富團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)技術(shù)能夠在溫和條件下實(shí)現(xiàn)多種分子的電催化轉(zhuǎn)化，這有望成為實(shí)現(xiàn)高效尿素合成的替代方法。相關(guān)成果近日發(fā)表在《能源化學(xué)雜志》上。
研究原理圖示。受訪(fǎng)單位供圖
據(jù)悉，近年來(lái)，在常溫、常壓條件下電催化合成尿素分子成為研究熱點(diǎn)，但其仍面臨惰性分子活化困難、多反應(yīng)物種偶聯(lián)過(guò)程復(fù)雜、反應(yīng)機(jī)制不清晰等問(wèn)題。因此，尿素電合成的研究仍處于起始階段，其性能難以滿(mǎn)足應(yīng)用需求，需要進(jìn)一步理解其反應(yīng)機(jī)制，指導(dǎo)高效電催化劑的合理設(shè)計(jì)和催化體系的優(yōu)化。
該研究系統(tǒng)總結(jié)了通過(guò)CO2和不同含氮物種電催化C-N偶聯(lián)合成尿素的研究進(jìn)展。首先對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)尿素合成法與綠色電化學(xué)合成法的相關(guān)機(jī)制、反應(yīng)條件、產(chǎn)量等進(jìn)行對(duì)比討論，明確電化學(xué)合成法存在的優(yōu)勢(shì)與不足。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)氮源的不同，分類(lèi)討論了CO2與氮?dú)狻⑾跛猁}、亞硝酸鹽、一氧化氮等電催化C-N偶聯(lián)合成尿素的相關(guān)研究進(jìn)展。該研究詳細(xì)介紹了不同氮源電催化尿素合成過(guò)程中的C-N偶聯(lián)機(jī)制、高效催化劑設(shè)計(jì)原則、電解液離子調(diào)控規(guī)律以及面向應(yīng)用的電催化裝置。
最后，研究團(tuán)隊(duì)提出了電催化碳氮偶聯(lián)合成尿素研究仍面臨的瓶頸和挑戰(zhàn)，包括針對(duì)性開(kāi)發(fā)高效電催化劑，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足工業(yè)級(jí)電流需求的電解槽，明確其C-N偶聯(lián)機(jī)制等。
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