Rectifying Heterointerface Facilitated C−N Coupling Dynamics Enables Efficient Urea Electrosynthesis Under Ultralow Potentials

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作者
Mingyu Cheng,Shao Wang,Zechuan Dai,Jing Xia,Bocheng Zhang,Pingyi Feng,Yin Zhu,Yangyang Zhang,Genqiang Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (1): e202413534-e202413534 被引量:39
标识
DOI:10.1002/anie.202413534
摘要

Electrocatalytic C-N coupling for urea synthesis from carbon dioxide (CO2) and nitrate (NO3 -) offers a sustainable alternative to the traditional Bosch-Meiser method. However, the complexity of intermediates in co-reduction hampers simultaneous improvement in urea yield and Faradaic efficiency (FE). Herein, we developed a Cu/Cu2O Mott-Schottky catalyst with nanoscale rectifying heterointerfaces through precise controllable in situ electroreduction of Cu2O nanowires, achieving notable FE (32.6-47.0 %) and substantial yields (6.08-30.4 μmol h-1 cm-2) across a broad range of ultralow applied potentials (0 to -0.3 V vs. RHE). Operando synchrotron radiation-Fourier transform infrared spectroscopy (SR-FTIR) confirmed the formation of *CO intermediates and C-N bonds, subsequently density functional theory (DFT) calculations deciphered that the Cu/Cu2O rectifying heterointerface modulated *CO adsorption, significantly enhancing subsequent C-N coupling dynamics between *CO and *NOH intermediates. This work not only provides a groundbreaking and advanced pathway for C-N coupling, but also offers deep insights into copper-based heterointerface catalysts for urea synthesis.
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