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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

2020-06-18 来源:转载自第三方

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N2CO2H2O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


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