Fe-Pd双原子催化剂协同HCOOH与NO3?共电解实现高效尿素合成

《Journal of Energy Chemistry》：Synergistic construction of nano nickel and lanthanum tungstate matrix for CO 2-tolerant PCEC: achieving stable CO 2 methanation

本文报道了一种Fe-Pd双原子催化剂（Fe1Pd1-DAC），通过HCOOH+NO3?共电解新路径实现高效尿素合成。该策略利用Pd1位点选择性活化HCOOH生成亲电性COOH，Fe1位点活化NO3?生成NH2，通过空间邻近与亲核-亲电协同作用显著提升C-N偶联效率，在流动池中达到448.1 mmol h?1 g?1的尿素产率和78.3%的法拉第效率，为替代高能耗工业尿素合成提供了新思路。

　　

结果与讨论

Fe₁Pd₁-DAC通过热剥离、浸渍和热还原工艺制备（图2a）。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）图像显示材料具有分级多孔结构（图S1）。球差校正高角环形暗场扫描透射电镜（AC-HAADF-STEM）图像（图2b）清晰呈现出均匀分散的双原子位点，进一步通过X射线吸收精细结构（XAFS）谱证实了Fe-Pd双原子对的配位环境。电化学测试表明，该催化剂在HCOOH+NO₃^?共电解中表现出卓越的尿素合成活性，其性能显著优于传统CO₂参与的反应体系。

结论

本研究证实Fe₁Pd₁-DAC可通过HCOOH+NO₃^?共电解实现高效、稳定的电催化尿素合成。在流动池中，该催化剂在工业级电流密度（-215 mA cm^?2）下实现了448.1 mmol h^?1 g^?1的尿素产率和78.3%的法拉第效率（FE_urea）。原位光谱技术和理论计算共同揭示了Pd₁位点选择性催化HCOOH脱氢生成COOH，而Fe₁位点专一性活化NO₃^?生成NH₂，二者通过空间邻近与亲核-亲电协同作用显著提升了C-N偶联效率，并有效抑制了副反应。