在Cu催化剂的CO₂和NO₃^-电化学反应耦合是可持续制备尿素的一种可持续发展策略，同时有助于废水脱氮。但是，CO₂和NO₃^-在Cu催化剂表面的随机吸附现象限制了关键C中间体和N中间体之间相互作用，因此阻碍了高效率的C-N偶联。

有鉴于此，深圳大学骆静利教授（加拿大国家工程院院士）、符显珠教授等使用氧化物衍生得到的含有晶格氧的Cu纳米片催化剂（O_L-Cu）电催化还原合成尿素。

本文要点：

（1）

O_L-Cu催化剂晶格氧能够调控电子分布，因此活化相邻Cu原子，产生缺电子Cu^δ+位点。这种Cu^δ+位点能够增强CO₂吸附，在相邻Cu^δ+位点进行NO₃^-吸附。这种机理减少C-N偶联反应所需步骤，在过电势为-0.7 V vs. RHE，尿素的产量达到298.67 mmol h^-1 g^-1，在相对较高的电流密度（~95 mA cm^-2）保持31.71 %的法拉第效率。

（2）

原位光谱表征验证了生成Cu^δ+位点，并且对合成尿素过程中的关键中间体（*CO, *NO, *OCNO, *NOCONO）进行监控。DFT理论计算结果表明Cu^δ+位点能够促进*CO和*NO₃在相邻位点发生共吸附，以及*OCNO和*NO₃的吸附，显著改善C-N偶联的反应动力学。这项研究揭示了晶格氧在促进相邻位点共吸附和改善C-N偶联选择性的关键作用。

参考文献

Xiaoxiao Wei, Shao-Qing Liu, Hengjie Liu, Yutian Ding, Peng-Xia Lei, Shuwen Wu, Li Song, Xian-Zhu Fu*, and Jing-Li Luo*, Lattice Oxygen-Driven Co-Adsorption of Carbon Dioxide and Nitrate on Copper: A Pathway to Efficient Urea Electrosynthesis, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c16801

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16801