Electrochemical Synthesis of Urea: Co‐Reduction of Nitrite and Carbon Dioxide on Binuclear Cobalt Phthalocyanine

酞菁 电化学 尿素 二氧化碳电化学还原 吸附 无机化学 化学 光化学 电极 一氧化碳 有机化学 催化作用 物理化学
作者
Rui Zhang,Wenhui Hu,Jingjing Liu,Kaidi Xu,Yi Liu,Yahong Yao,Min‐Min Liu,Xia‐Guang Zhang,Hong Li,Peng He,Shengjuan Huo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (43): e2403285-e2403285 被引量:12
标识
DOI:10.1002/smll.202403285
摘要

Abstract Exploration of molecular catalysts with the atomic‐level tunability of molecular structures offers promising avenues for developing high‐performance catalysts for the electrochemical co‐reduction reaction of carbon dioxide (CO 2 ) and nitrite (NO 2 − ) into value‐added urea. In this work, a binuclear cobalt phthalocyanine (biCoPc) catalyst is prepared through chemical synthesis and applied as a C─N coupling catalyst toward urea. Achieving a remarkable Faradaic efficiency of 47.4% for urea production at –0.5 V versus reversible hydrogen electrode (RHE), this biCoPc outperforms many known molecular catalysts in this specific application. Its unique planar macromolecular structure and the increased valence state of cobalt promote the adsorption of nitrogenous and carbonaceous species, a critical factor in facilitating the multi‐electron C─N coupling. Combining highly sensitive in situ attenuated total reflection surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) with density functional theory (DFT) calculations, the linear adsorbed CO (CO L ) and bridge adsorbed CO (CO B ) is captured on biCoPc catalyst during the co‐reduction reaction. CO B , a pivotal intermediate in the co‐reduction from CO 2 and nitrite to urea, is evidenced to be labile and may be attacked by nitrite, promoting urea production. This work demonstrates the importance of designing molecular catalysts for efficient co‐reduction of CO 2 and nitrite to urea.
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