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Aug 03, 2023

Électrosynthèse ambiante d'urée avec du nitrate et du dioxyde de carbone sur du fer

25 novembre 2022 par Zhang Nannan, Académie chinoise des sciences L'urée (CO(NH2)2) a été appliquée à la fois dans les domaines agricole et pharmaceutique. Le procédé Bosch-Meiser, largement utilisé, a une énergie élevée

25 novembre 2022

par Zhang Nannan, Académie chinoise des sciences

L'urée (CO(NH2)2) a été utilisée dans les domaines agricole et pharmaceutique. Le procédé Bosch-Meiser, largement utilisé, présente une consommation d'énergie et des émissions de CO2 élevées. Par conséquent, il est impératif d’explorer des voies économes en énergie et économiques pour la synthèse de l’urée dans des conditions douces.

L'électrosynthèse de l'urée avec du CO2 et du NO3 dans des conditions ambiantes est une méthode efficace, mais elle est loin d'être appliquée. En effet, l’étape clé nécessite un électrocatalyseur efficace permettant l’adsorption et l’activation du NO3 et du CO2 pour réaliser le couplage CN.

Des chercheurs des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences ont maintenant développé une voie d'irradiation laser en phase liquide pour fabriquer du fer amorphe encapsulé dans du carbone symbiotique (Fe(a)@C) et des nanoparticules d'oxyde de fer (Fe3O4 NP) sur des nanotubes de carbone. (noté Fe(a)@C-Fe3O4/CNTs).

Les Fe(a)@C-Fe3O4/CNT tels que fabriqués contenaient deux composants actifs à base de Fe, à savoir les NP Fe@C avec des tailles de particules de 10 à 20 nm et les NP Fe3O4 avec des tailles de particules de 1 à 5 nm.

La présence de deux unités structurelles différentes dans Fe(a)@C-Fe3O4/CNT a permis d'activer de manière synergique électrocatalytique le CO2 et le NO3- pour réaliser le couplage CN pour la synthèse de l'urée.

Comme prévu, Fe(a)@C-Fe3O4/CNT ont présenté une activité supérieure envers le couplage électrocatalytique du CO2 et du NO3- pour la synthèse de l'urée, offrant un rendement en urée de 1341,3 ± 112,6 μg h-1 mgcat-1 et une efficacité faradique de 16,5 ±6,1 % à -0,65 V (vs. RHE) dans 0,1 M d'électrolyte KNO3.

Les résultats expérimentaux et théoriques ont révélé que Fe(a)@C était principalement responsable de la réduction électrocatalytique du NO3- pour former des intermédiaires *NH2, tandis que Fe3O4 était plus bénéfique pour la réduction électrocatalytique du CO2 pour former des intermédiaires *CO.

L'effet catalytique synergique contribue aux excellentes performances électrocatalytiques de la synthèse de l'urée dans des conditions ambiantes.

La recherche a été publiée dans Angewandte Chemie International Edition.

Plus d'information: Jing Geng et al, Électrosynthèse ambiante d'urée avec du nitrate et du dioxyde de carbone sur des sites doubles à base de fer, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202210958

Informations sur la revue :Édition internationale de chimie appliquée

Fourni par l'Académie chinoise des sciences