科研团队在电化学合成尿素方面取得新进展

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中新网合肥11月2日电 (吴兰 耿竞)记者2日从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院科研人员在电化学合成尿素方面取得新进展。

相关研究成果发表在国际著名学术期刊Angewandte Chemie International Edition上。

近期，中科院合肥研究院固体所环境与能源纳米材料中心与激光液相制备与加工技术课题组，采用液相激光辐照方法在碳纳米管上制备了共生的碳包覆非晶态铁和四氧化三铁纳米颗粒，实现高效电化学合成尿素。

尿素是化肥的重要氮源，全球年产量超过1亿吨。尿素除了用作农业肥料外，也是制药和化工生产的重要原料。

生产尿素的主要工业路线是通过二氧化碳和氨反应的Bosch-Meiser工艺，该工艺不仅需要极端苛刻的反应条件，例如150-200°C的高温和150-250 bar的高压等，还会导致高能耗和二氧化碳排放，并消耗了能源密集型Haber-Bosch工艺生产的全球80%的氨。因此，探索在温和条件下进行尿素合成的节能经济路线尤为重要。

最近的研究表明，在环境条件下，通过电化学还原二氧化碳和硝酸根可以合成尿素，但其效率较低，实际应用仍面临巨大挑战。合成过程中的关键步骤中需要一种高效的催化剂。

基于此，研究人员采用液相激光辐照方法在碳纳米管上制备了共生的碳包覆非晶态铁和四氧化三铁纳米颗粒，所制备的纳米颗粒包含两种铁基活性组分。这两个不同结构单元的存在，使协同电催化活化二氧化碳和硝酸根实现C-N偶联成为可能。

电化学测试以及密度泛函理论计算显示，在一定环境条件下对二氧化碳和硝酸根电催化偶联生成尿素表现出优异的活性。该工作为解决环境条件下尿素合成问题提供了一种新策略。