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Aug 03, 2023

철에 대한 질산염 및 이산화탄소와 요소의 주변 전기합성

2022년 11월 25일, Zhang Nannan, 중국과학원 요소(CO(NH2)2)는 농업 및 제약 분야 모두에 적용되었습니다. 널리 사용되는 Bosch-Meiser 공정은 높은 에너지를 가지고 있습니다.

2022년 11월 25일

중국과학원 장난난(Zhang Nannan)

요소(CO(NH2)2)는 농업 및 제약 분야 모두에 적용되었습니다. 널리 사용되는 Bosch-Meiser 공정은 에너지 소비와 CO2 배출이 높습니다. 따라서 온화한 조건에서 요소 합성을 위한 에너지 절약 및 경제적인 경로를 탐색하는 것이 필수적입니다.

주변 조건에서 요소를 CO2 및 NO3-와 전기합성하는 것은 효율적인 방법이지만 적용과는 거리가 멀습니다. 이는 핵심 단계에서 CN 결합을 달성하기 위해 NO3- 및 CO2의 흡착 및 활성화를 가능하게 하는 효율적인 전기촉매가 필요하기 때문입니다.

중국과학원 허페이 물리과학원 연구원들은 이제 탄소 나노튜브에 공생 탄소 캡슐화 비정질 철(Fe(a)@C)과 산화철 나노입자(Fe3O4 NPs)를 제조하기 위한 액상 레이저 조사 경로를 개발했습니다. (Fe(a)@C-Fe3O4/CNTs로 표시됨).

제조된 Fe(a)@C-Fe3O4/CNT에는 두 개의 Fe 기반 활성 성분, 즉 입자 크기가 10~20 nm인 Fe@C NP와 입자 크기가 1~5 nm인 Fe3O4 NP가 포함되어 있습니다.

Fe(a)@C-Fe3O4/CNT에 두 가지 서로 다른 구조 단위가 존재하면 CO2와 NO3-를 전기촉매적으로 활성화하여 요소 합성을 위한 CN 결합을 실현할 수 있습니다.

예상한 대로 Fe(a)@C-Fe3O4/CNT는 요소 합성을 위한 CO2와 NO3-의 전기촉매 결합에 대해 우수한 활성을 나타내어 요소 수율 1341.3±112.6μg·h-1mgcat-1과 패러디 효율 16.5를 제공했습니다. 0.1M KNO3 전해질에서 -0.65V(RHE 대비)에서 ±6.1%.

실험적 및 이론적 결과 모두 Fe(a)@C는 주로 NO3-의 전기촉매 환원을 통해 *NH2 중간체를 형성하는 반면, Fe3O4는 CO2의 전기촉매 환원을 통해 *CO 중간체를 형성하는 데 더 유리하다는 사실이 밝혀졌습니다.

상승적인 촉매 효과는 주변 조건에서 요소 합성의 탁월한 전기촉매 성능에 기여합니다.

해당 연구는 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었습니다.

추가 정보: Jing Geng 외, 철 기반 이중 부위에 대한 질산염 및 이산화탄소를 이용한 요소의 주변 전기합성, Angewandte Chemie International Edition(2022). DOI: 10.1002/anie.202210958

저널 정보:응용화학 국제판

중국과학원 제공