Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yan Wensheng von der University of Science and Technology of China (USTC) hat eine Doping-Engineering-Strategie vorgeschlagen, die die Skalierungsbeziehung der Zwischenbindung durchbricht und die kinetische Barriere der CN-Kopplung minimiert und gleichzeitig sowohl eine hohe Aktivität als auch eine hohe Selektivität bei der Harnstoffelektrosynthese realisiert. Die Studie ist veröffentlicht In Angewandte Chemie Internationale Ausgabe.
Das Forschungsteam hat einen innovativen Katalysator mit zwei unabhängigen aktiven Stellen entwickelt. Diese aktiven Stellen fungieren als Reaktionszentren für verschiedene funktionelle Gruppen und erleichtern so mehrere entscheidende Schritte in der Harnstoffsynthesereaktion.
Das Design überwand die Beschränkungen herkömmlicher Katalysatoren, die normalerweise nur ein einziges aktives Zentrum besaßen. Darüber hinaus eröffnete es neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Aktivität und Selektivität des Katalysators.
Die Forscher synthetisierten in Experimenten erfolgreich eine Reihe von SrRuO3-Katalysatoren mit unterschiedlichen Co-Konzentrationen. Durch Anpassung der Co-Konzentration wollten sie die Leistung des Katalysators optimieren und die optimale katalytische Wirkung ermitteln. Unter diesen Katalysatoren zeigte der SrCo0,39Ru0,61O3-δ-Katalysator eine außergewöhnliche katalytische Aktivität und Selektivität.
Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und HAADF-STEM-Bilder (High Angle Annular Dark Field Scanning TEM) zeigten, dass sich Co-Ionen in einer besetzten Position befanden und dass die Einführung von Co die Sauerstoffleerstellen und die 4d-Elektronenzustandsdichte von Ru erhöhte. XAS und SR-FTIR zeigten, dass Co- und Ru-Stellen die aktiven Zentren für die Bildung von *CO- und *NH2-Zwischenprodukten waren.
Es wurde festgestellt, dass Sauerstoffleerstellen die elektronischen Strukturen von Co und Ru regulieren und die Zwischenadsorption schwächen. Gleichzeitig förderte die Spannung der Co-Ru-Doppelstelle die CN-Kopplung und verhinderte die Bildung von Nebenprodukten.
Diese Forschung bietet neue Erkenntnisse zum Design von Elektrokatalysatoren für die Harnstoffsynthese und zum Verständnis der damit verbundenen elektrokatalytischen Mechanismen.
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Liyang Lv et al., Aufbrechen der Skalierungsbeziehung bei der C-N-Kopplung durch Dotierungseffekte für eine effiziente Harnstoffelektrosynthese, Angewandte Chemie Internationale Ausgabe (2024). DOI: 10.1002/ange.202401943