过程所张光晋EES: 受阻Lewis酸碱对助力高选择性电催化N2和CO2转化为尿素

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过程所张光晋EES: 受阻Lewis酸碱对助力高选择性电催化N2和CO2转化为尿素
同时将N2和CO2电催化转化为高附加值的尿素备受期待，但该反应面临反应物分子缺乏化学吸附、活化和偶联活性等限制。
基于此，中国科学院过程工程研究所张光晋团队在花状硼酸镍[Ni3(BO3)2]中精确设计了独特的受阻Lewis酸碱对(FLP)，其中表面羟基和相邻Ni位分别用作Lewis碱和酸，以实现高效电催化N2和CO2转化为尿素。
过程所张光晋EES: 受阻Lewis酸碱对助力高选择性电催化N2和CO2转化为尿素
过程所张光晋EES: 受阻Lewis酸碱对助力高选择性电催化N2和CO2转化为尿素
综合研究证实，FLPs中的Lewis碱性和酸性位点通过轨道相互作用协同作用，靶向捕获惰性CO2和N2。随后，惰性气体的成键轨道和反键轨道分别与Lewis酸的空轨道和Lewis碱的非成键轨道相互作用，通过FLPs实现分子活化。
之后，*N=N*和CO中间体通过σ轨道羰基化策略进行电催化C-N偶联以生成*NCON*前体。因此，Ni3(BO3)2-150纳米晶体在-0.5 V vs. RHE下的尿素产率最高，为9.70 mmol h-1 g-1，法拉第效率为20.36%。
过程所张光晋EES: 受阻Lewis酸碱对助力高选择性电催化N2和CO2转化为尿素
实验表征和理论模拟表明，FLPs中的不饱和Ni位和相邻羟基不仅协同作用于惰性N2和CO2的靶向吸附，而且通过独特的“供体接受”过程有效地激活反应物分子。
更重要的是，退火处理后新出现的低自旋态Ni2+位点(LS t2g6eg2)通过“σ轨道羰基化”策略促进*N=N*和CO的自发耦合生成所需的*NCO*尿素前体。该工作为同时实现吸附、活化和活化尿素电合成过程中反应物分子的偶联过程提供了新的见解。
Highly Selective Electroreduction N2 and CO2 to Urea over Artificial Frustrated Lewis Pairs. Energy & Environmental Science, 2021. DOI: 10.1039/D1EE02485J

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/18/3e3242d478/

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