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Aug 03, 2023

Elettrosintesi ambientale dell'urea con nitrato e anidride carbonica su ferro

25 novembre 2022 di Zhang Nannan, Accademia cinese delle scienze L'urea (CO(NH2)2) è stata applicata sia in campo agricolo che farmaceutico. Il processo Bosch-Meiser ampiamente utilizzato ha un'elevata energia

25 novembre 2022

di Zhang Nannan, Accademia cinese delle scienze

L'urea (CO(NH2)2) è stata applicata sia in campo agricolo che farmaceutico. Il processo Bosch-Meiser, ampiamente utilizzato, presenta un elevato consumo energetico ed emissioni di CO2. Pertanto, è imperativo esplorare percorsi economici e di risparmio energetico per la sintesi dell’urea in condizioni blande.

L'elettrosintesi dell'urea con CO2 e NO3 in condizioni ambientali è un metodo efficiente, ma è lungi dall'essere applicato. Questo perché il passaggio chiave necessita di un elettrocatalizzatore efficiente che consenta l'adsorbimento e l'attivazione di NO3 e CO2 per realizzare l'accoppiamento CN.

I ricercatori dell'Hefei Institutes of Physical Science dell'Accademia cinese delle scienze hanno ora sviluppato un percorso di irradiazione laser in fase liquida per fabbricare ferro amorfo incapsulato con carbonio simbiotico (Fe(a)@C) e nanoparticelle di ossido di ferro (Fe3O4 NP) su nanotubi di carbonio (indicato come Fe(a)@C-Fe3O4/CNTs).

I Fe(a)@C-Fe3O4/CNT così come fabbricati contenevano due componenti attivi a base di Fe, vale a dire NP Fe@C con dimensioni delle particelle di 10~20 nm e NP Fe3O4 con dimensioni delle particelle di 1~5 nm.

La presenza di due diverse unità strutturali nei Fe(a)@C-Fe3O4/CNT ha reso possibile l'attivazione sinergica elettrocatalitica di CO2 e NO3- per realizzare l'accoppiamento CN per la sintesi dell'urea.

Come previsto, Fe(a)@C-Fe3O4/CNT ha mostrato un'attività superiore verso l'accoppiamento elettrocatalitico di CO2 e NO3- per la sintesi dell'urea, offrendo una resa di urea di 1341,3±112,6 μg h-1 mgcat-1 e un'efficienza faradica di 16,5 ±6,1% a -0,65 V (rispetto a RHE) in elettrolita KNO3 0,1 M.

Sia i risultati sperimentali che quelli teorici hanno rivelato che Fe(a)@C era principalmente responsabile della riduzione elettrocatalitica di NO3- per formare intermedi *NH2, mentre Fe3O4 era più vantaggioso per la riduzione elettrocatalitica di CO2 per formare intermedi *CO.

L'effetto sinergico catalitico contribuisce alle eccellenti prestazioni elettrocatalitiche della sintesi dell'urea in condizioni ambientali.

La ricerca è stata pubblicata su Angewandte Chemie International Edition.

Maggiori informazioni: Jing Geng et al, Elettrosintesi ambientale dell'urea con nitrato e anidride carbonica su due siti a base di ferro, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI: 10.1002/anie.202210958

Informazioni sul diario:Edizione internazionale di chimica applicata

Fornito dall'Accademia Cinese delle Scienze