锰酞菁-胺功能化石墨烯催化CO2与硝酸盐共还原电化学合成尿素-铵-硝酸盐(UAN)肥料的研究

来自印度的研究人员通过创新电化学方法，利用锰酞菁(MnPc)和胺功能化石墨烯(AFG)催化剂，成功实现CO2与NO3?共还原合成尿素-铵-硝酸盐(UAN)肥料。该体系在-1.0 V vs RHE条件下，尿素产率达397.61 μg h?1 mgcat?1（FE=27.06%），氨产率达433.95 μg h?1 mgcat?1（FE=52.13%），并通过原位FTIR和DFT理论揭示了C─N/N─H键形成机制，为绿色化肥生产开辟新途径。

　　

这项突破性研究展示了如何通过电化学魔术师——锰酞菁(MnPc)分子与胺功能化石墨烯(AFG)的完美配合，将温室气体CO₂和水中污染物硝酸盐(NO₃^?)变废为宝。在施加-1.0伏电压（相对于可逆氢电极）时，催化体系像精密分子工厂般同步产出两种珍贵产物：尿素[CO(NH₂)₂]和氨(NH₃)，其生产效率分别达到每小时每毫克催化剂397.61微克和433.95微克。研究人员通过红外光谱(FTIR)实时捕捉到C─N和N─H键的诞生瞬间，就像拍摄到化学键的"出生证明"。理论计算(DFT)则像X光机般透视出反应路径的能量起伏，揭示了这个"一箭双雕"反应的内在机理。这项技术不仅为碳中和提供新思路，更可能革新传统高耗能的哈伯法化肥生产模式。特别值得注意的是，反应后残留的硝酸盐可通过精确调控实现定向转化，这种"智能调节"特性使该工艺在精准农业领域极具潜力。