CO_(2)与NO_(2)^(-)/NO_(3)^(-)电催化合成尿素研究进展

CO_(2)的过度排放是21世纪人类面临的最大环境问题之一,严重威胁人类社会的可持续发展。在各种实现碳捕集和转化的方法中,通过电催化方法将CO_(2)转化为高值附加产品能有效缓解环境保护和工业生产的压力,提高碳资源的利用率,助力实现碳中和目标。相较于在高温高压条件下实现工业尿素合成,电催化共还原CO_(2)与NO_(2)^(-)/NO_(3)^(-)生产尿素反应条件温和、能耗低、二次污染小,是一种具有工业化应用前景的CO_(2)利用方式。本论文综述了CO_(2)与NO_(2)^(-)/NO_(3)^(-)电催化合成尿素的研究进展,重点从催化剂的设计合成以及C—N耦合机制两方面讨论了尿素在不同催化剂上的形成过程及其内在机制。设计可以共吸附并还原CO_(2)与NO_(3)^(-)/NO_(2)^(-)的材料是电催化合成尿素所面临的的关键挑战。前期研究表明引入缺陷和/或掺杂异质原子等方式是改善催化剂电子结构,实现CO_(2)和NO_(3)^(-)/NO_(2)^(-)共吸附,提升尿素合成效率的有效方式。针对尿素合成的机理,报道最多的是由CO和NH_(2)中间体或COOH和NH_(2)中间体直接偶联生成尿素;C—N耦合过程中间产物的确定对指导催化剂的设计具有重要意义。其中,关键N中间体存在形式主要有NH_(2)、NH_(2)OH、NH和NO_(2)^(-),关键C中间体主要有CO和COOH两种。基于对催化剂设计合成和尿素形成机理的讨论,本论文对相关领域未来的研究重点和难点进行了进一步的总结和展望。

CO_(2)参与电化学构筑C—N键制备重要化学品

CO_(2)是主要的温室气体,同时也是重要的C1资源.通过构筑C—N键制备重要化学品在化工、生物合成及医药等领域应用广泛.近年来,随着碳中和与绿色化学理念的不断深化,电化学构筑C—N键的策略也因其环保、低碳、简单及绿色等优势而受到关注.同时,由于化石燃料不断消耗带来的资源与环境问题,重要化学品及燃料的绿色合成也成为科技发展战略中的重中之重.本文归纳了CO_(2)参与构建C—N键制备重要化学品方面的研究进展;从催化体系构建、反应过程和机理的角度对电化学合成尿素、酰胺和胺进行了综述;最后针对目前研究中面临的挑战,对这一领域的未来发展进行了展望.