尿素合成新方法：常温下，直接将N2和CO2在H2O中耦合制得尿素

尿素，作为一种农用肥料为人们所熟知，是一种在农业、工业等多领域有着广泛用途的有机化合物。如在有机合成工业中，尿素用来制取高聚物合成材料；在医药领域，尿素可作为主要原料或添加剂用来制作制作呋喃西林、脲脂等几十种化学药品；在实验室应用中，尿素是常用的蛋白质变性剂，能非常有效地破坏非共价键结合的蛋白质......尿素的广泛应用带来巨大的市场需求。

市场需求促进尿素的工业化生产，目前尿素的合成主要以二氧化碳（CO₂）和氨（NH₃）为原料，包括两个过程：N₂ + H₂→NH₃，然后是NH₃ +CO₂ →尿素,这两种反应需要在苛刻的条件下进行，而大规模的尿素合成消耗了全球80%的NH₃，基于此，湖南大学化学化工学院的王双印教授和南京师范大学李亚飞教授，厦门大学程俊教授等人合作，开发了一种新的尿素合成方法。

他们在常温环境下直接将N₂和CO₂在H₂O中耦合以生产尿素，这一过程使用由PdCu合金纳米颗粒组成的电催化剂在TiO₂纳米片上进行的。这种偶联反应是通过*N=N*和CO之间的热力学自发反应通过形成C-N键而发生。

研究人员使用同位素标记法对产物进行了鉴定和定量，并使用同位素标记的同步辐射-傅立叶变换红外光谱研究了其作用原理。发现与可逆氢电极相比，在–0.4 V时测得的尿素形成率高，为3.36 mmol g^–1h^–1，相应的法拉第效率为8.92％。

这项研究提供了一种全新的尿素合成方法，避免了严苛的工艺过程，同时也减少了以往生产方法中能量和氨的消耗。

相关链接：尿素

参考文献：Chen, C., Zhu, X., Wen, X. et al. Coupling N2 and CO2 in H2O to synthesize urea under ambient conditions. Nat. Chem. (2020)，DOI：10.1038/s41557-020-0481-9