論文DOI：10.1021/jacs.4c03156

基于高效綠色的電化學(xué)策略生產(chǎn)高附加值化學(xué)品被認(rèn)為是可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石燃料生產(chǎn)技術(shù)的理想方法。尿素是養(yǎng)活世界上一半以上人口的重要農(nóng)業(yè)肥料，并且也是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的反應(yīng)原料。然而其制備工藝目前主要依靠高耗能高污染的Bosch-Meiser法合成尿素技術(shù)。如果能夠使用電化學(xué)的方法將有害的小分子（NO₃^-和CO₂）通過(guò)C-N耦合過(guò)程，將可能實(shí)現(xiàn)水中尿素的直接電化學(xué)合成。在以CO₂為原料的電催化尿素合成中，通常需要將CO₂轉(zhuǎn)化成*CO，以其作為關(guān)鍵中間體進(jìn)行C-N耦合，但是在這一過(guò)程中還會(huì)發(fā)生CO₂轉(zhuǎn)化為HCOOH和CO的副反應(yīng)導(dǎo)致尿素合成的碳選擇性較低。

北京航空航天大學(xué)的郭林教授和劉利民教授課題組利用非晶氧化鉍錫納米片作為電催化劑成功實(shí)現(xiàn)了CO₂和NO₃^-為原料的高效尿素合成。提出利用Sn的摻雜有效的調(diào)控了催化劑的p軌道電子態(tài)，實(shí)現(xiàn)了基于*CO₂而不是傳統(tǒng)的*CO為關(guān)鍵中間體的C-N耦合過(guò)程。相較于高氧化態(tài)的晶體催化劑來(lái)說(shuō)，非晶催化劑中低氧化態(tài)的Bi和Sn對(duì)反應(yīng)物的吸附能力適中，更適合高效的尿素合成反應(yīng)。該策略為設(shè)計(jì)C-N類(lèi)高附加值產(chǎn)物的電化學(xué)合成提供了思路，同時(shí)也為二氧化碳的回收再利用提供借鑒。