科學家發現偶聯合成尿素新路徑

尿素作為一種重要的化學品，在農業、醫藥和化工等領域發揮重要作用。傳統工業尿素合成方法主要包括兩個連續高溫、高壓過程，氮+氫→氨，以及氨+二氧化碳→尿素，其能耗高且污染嚴重。

近日，《中國科學報》從湖北大學了解到，該校化學化工學院教授王升富團隊研究發現，電化學技術能夠在溫和條件下實現多種分子的電催化轉化，這有望成為實現高效尿素合成的替代方法。相關成果近日發表在《能源化學雜志》上。

研究原理圖示。受訪單位供圖

據悉，近年來，在常溫、常壓條件下電催化合成尿素分子成為研究熱點，但其仍面臨惰性分子活化困難、多反應物種偶聯過程復雜、反應機制不清晰等問題。因此，尿素電合成的研究仍處于起始階段，其性能難以滿足應用需求，需要進一步理解其反應機制，指導高效電催化劑的合理設計和催化體系的優化。

該研究系統總結了通過CO2和不同含氮物種電催化C-N偶聯合成尿素的研究進展。首先對傳統工業尿素合成法與綠色電化學合成法的相關機制、反應條件、產量等進行對比討論，明確電化學合成法存在的優勢與不足。在此基礎上，根據氮源的不同，分類討論了CO2與氮氣、硝酸鹽、亞硝酸鹽、一氧化氮等電催化C-N偶聯合成尿素的相關研究進展。該研究詳細介紹了不同氮源電催化尿素合成過程中的C-N偶聯機制、高效催化劑設計原則、電解液離子調控規律以及面向應用的電催化裝置。

最后，研究團隊提出了電催化碳氮偶聯合成尿素研究仍面臨的瓶頸和挑戰，包括針對性開發高效電催化劑，設計滿足工業級電流需求的電解槽，明確其C-N偶聯機制等。

相關論文信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095495624004534