电催化的C-N键偶联在环境条件下将CO₂和N₂分子转化为尿素是一种很有前途的替代苛刻工业过程的方法。然而，对惰性气体分子的吸附和活化，进而驱动C-N耦合反应在能量上具有挑战性。

有鉴于此，中国科学院过程工程研究所张光晋研究员等人，设计了一种新型的Mott-Schottky Bi-BiVO₄异质结构，在0.4 V（vs RHE）电压下，实现了显著的尿素产率5.91 mmol h^‐1 g^‐1和12.55%的法拉第效率。

本文要点

1）作为概念验证催化剂，通过NaBH₄还原策略制备了Mott-Schottky异质结构双Bi-BiVO₄杂化物，并确保了电子自发从BiVO₄转移到Bi。合理设计的空间电荷区保证了N₂和CO₂的准确吸附和活化，并进一步促进了尿素合成中所需的电化学C-N偶联反应。

2）综合分析证实，异质结构界面中出现的空间电荷区不仅促进了目标CO₂和N₂分子在产生的局部亲核亲电区域上的靶向吸附和活化，还有效抑制了CO中毒和吸热*NNH中间体的形成，因此，这保证了*N=N*中间体的放热偶联，并通过所需的C-N偶联反应生成了CO，从而形成尿素前体*NCON*中间体。

总之，该工作为在环境条件下通过电化学C-N偶联反应促进尿素电合成提供了指导。

参考文献：

Menglei Yuan et al. Unveiling Electrochemical Urea Synthesis by Co‐Activation of CO₂ and N₂ with Mott‐Schottky Heterostructure Catalysts. Angew., 2021.

DOI: 10.1002/anie.202101275

https://doi.org/10.1002/anie.202101275