Asymmetric configuration activating lattice oxygen via weakening d-p orbital hybridization for efficient C/N separation in urea overall electrolysis

电解 催化作用 尿素 化学 氧气 选择性 动力学 析氧 氢氧化物 反应机理 化学工程 无机化学 电化学 电极 物理化学 物理 有机化学 工程类 电解质 量子力学
作者
Chongchong Liu,Peifang Wang,Bin Hu,Xiaoli Liu,Rong Huang,Gang Zhou
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:92: 233-239
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.12.028
摘要

Urea oxidation reaction (UOR) is proposed as an exemplary half-reaction in renewable energy applications because of its low thermodynamical potential. However, challenges persist due to sluggish reaction kinetics and complex by-products separation. To this end, we introduce the lattice oxygen oxidation mechanism (LOM), propelling a novel UOR route using a modified CoFe layered double hydroxide (LDH) catalyst termed CFRO-7. Theoretical calculations and in-situ characterizations highlight the activated lattice oxygen (OL) within CFRO-7 as pivotal sites for UOR, optimizing the reaction pathway and accelerating the kinetics. For the urea overall electrolysis application, the LOM route only requires a low voltage of 1.54 V to offer a high current of 100 mA cm−2 for long-term utilization (>48 h). Importantly, the by-product NCO− is significantly suppressed, while the CO2/N2 separation is efficiently achieved. This work proposed a pioneering paradigm, invoking the LOM pathway in urea electrolysis to expedite reaction dynamics and enhance product selectivity.
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