Design of Boron and Transition Metal Embedded Two-Dimensional Porous Carbon Nitride for Electrocatalytic Synthesis of Urea

化学 过渡金属 氮化硼 尿素 齿合度 吸附 多孔性 电化学 无机化学 偶联反应 金属 碳纤维 化学工程 催化作用 物理化学 有机化学 电极 材料科学 复合数 复合材料 工程类
作者
Xin Cao,Dewei Zhang,Yongqi Gao,Oleg V. Prezhdo,Lai Xu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 1042-1052 被引量:10
标识
DOI:10.1021/jacs.3c12017
摘要

Electrocatalytic coupling of CO and N2 to synthesize urea under ambient conditions is considered a promising strategy to replace traditional industrial technology. It is crucial to find efficient electrocatalysts that can adsorb and activate N2 and promote the C–N coupling reaction. Herein, a new two-dimensional porous carbon nitride material with multiactive sites is designed, in which boron and transition metal are embedded. Through a series of screening, B2Cr2, B2Mn2, and B2Os2 are predicted to be potential electrocatalysts for urea synthesis. Mechanistic studies are performed on bidentate metal–metal and metal–boron sites, and both NCON and CO mechanisms are explored. The electronic structure analysis shows that there is a strong N2 chemical adsorption within the bidentate site and that the N≡N bond is significantly activated. A new mechanism where free CO is inserted for C–N coupling within the two-dimensional porous structure is proposed.
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