近日，光機(jī)電工程學(xué)院光學(xué)工程學(xué)科徐晶教授與哈爾濱師范大學(xué)趙景祥教授合作在《Applied Catalysis B：Environment and Energy》期刊（中科院：1區(qū)TOP，IF=21.83）上發(fā)表題為“Oxygen-vacancy-engineered Cr2CO2electrocatalysts for efficient urea synthesis from nitrite and carbon monoxide”（《氧空位工程化Cr?CO?電催化劑用于亞硝酸鹽和一氧化碳高效尿素合成》）的研究論文，該研究提出了通過空位工程調(diào)控二維過渡金屬碳化物(OV-M2CO2)作為高效電催化劑，用于亞硝酸鹽與一氧化碳協(xié)同還原合成尿素的新策略。
隨著全球?qū)η鍧嵞茉春涂沙掷m(xù)化學(xué)品需求的增加，開發(fā)高效的電催化劑用于尿素合成成為了重要的研究方向。傳統(tǒng)的尿素合成方法依賴于高溫高壓下氨和二氧化碳的反應(yīng)，消耗大量化石燃料，造成環(huán)境負(fù)擔(dān)。為了解決這一問題，電催化尿素合成作為一種能效更高、環(huán)境友好的替代方案，逐漸受到關(guān)注。然而，現(xiàn)有的電催化劑仍面臨著低效率和高過電位等挑戰(zhàn)。為此，研究人員提出了一些創(chuàng)新的催化劑設(shè)計(jì)策略，其中缺陷工程，尤其是氧空位的引入，成為了提升催化劑性能的有效手段。
該工作研究了氧空位工程的Cr2CO2電催化劑在亞硝酸鹽和一氧化碳協(xié)同還原合成尿素過程中的應(yīng)用。通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算，提出了通過引入氧空位來增強(qiáng)Cr2CO2催化劑的性能。研究發(fā)現(xiàn)，氧空位的引入能夠暴露三個(gè)未飽和的鉻金屬位點(diǎn)，從而促進(jìn)反應(yīng)物的吸附和C?N耦合過程，顯著提高了催化活性。特別是，OV? Cr2CO2催化劑表現(xiàn)出極低的限制電位（-0.21 V）和小的C?N耦合能壘（0.39 eV），在酸性條件下尤為顯著。研究還指出，氧空位的存在有效抑制了競爭反應(yīng)（如氫氣析出反應(yīng)），提高了尿素合成的選擇性和穩(wěn)定性。此外，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法（SISSO）構(gòu)建了針對*NO2和限制電位的描述符，為催化劑設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。該研究強(qiáng)調(diào)了缺陷工程在電催化中的重要性，并為可持續(xù)尿素合成提供了一個(gè)新的方向。
浙江農(nóng)林大學(xué)為該論文共同通訊作者單位，光機(jī)電學(xué)院徐晶教授與哈爾濱師范大學(xué)趙景祥教授為共同通訊作者，光機(jī)電學(xué)院研242班葉代飛為參與作者。
論文鏈接：
T. Zhao, S. Wang, D. Ye, J. Xu, J. Zhao,Oxygen-vacancy-engineered Cr?CO? electrocatalysts for efficient urea synthesis from nitrite and carbon monoxide, Applied Catalysis B: Environment and Energy 372 (2025) 125327. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125327.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337325003108?via%3Dihub
（光機(jī)電學(xué)院 徐晶 葉代飛）
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