Fe-Pd双原子催化剂电催化HCOOH与NO3?高效合成尿素：机制与性能突破

《Journal of Energy Chemistry》：Electrocatalytic urea synthesis from HCOOH and NO 3? on Fe-Pd dual atoms

本文推荐一种Fe-Pd双原子催化剂（Fe1Pd1-DAC），用于HCOOH+NO3?共电解高效合成尿素。该策略通过Pd1位点选择性活化HCOOH生成COOH，Fe1位点活化NO3?生成NH2，利用空间邻近性与亲电-亲核协同作用显著提升C–N偶联效率，抑制副反应。在流动池中实现448.1 mmol h?1 g?1的尿素产率与78.3%的法拉第效率（FE），性能远超CO2+N2/NO3?路线，为低碳尿素合成提供新途径。

　　

结果与讨论

Fe₁Pd₁-DAC通过热剥离、浸渍与热还原工艺制备（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纳米片堆叠结构（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）清晰呈现了均匀分散的Fe-Pd双原子位点，证实了催化剂的原子级分散特征。

结论

总之，Fe₁Pd₁-DAC在HCOOH+NO₃^?共电解合成尿素中展现出卓越的催化性能与稳定性。在流动池中，催化剂在工业级电流密度（-215 mA cm^?2）下实现了高达448.1 mmol h^?1 g^?1的尿素产率和78.3%的法拉第效率（FE_urea）。结合原位光谱技术与理论计算表明，Pd₁与Fe₁位点分别精准催化HCOOH脱氢生成COOH和NO₃^?还原生成NH₂，二者空间邻近性与亲电-亲核协同效应显著提升了C–N偶联效率并有效抑制了副反应。