识别与优化尖晶石氧化物几何构型以增强C-N偶联反应

《ChemCatChem》：Identification and Optimization of Spinel Oxide Geometric Configurations for Enhanced C?N Coupling Reaction

电催化耦合还原硝酸与二氧化碳合成尿素的机理研究显示，钴基尖晶石氧化物中八面体Co(OH)活性位点比四面体Co(Td)更利于C-N偶联反应，因其促进电子与离子传输。Co3O4因CoOh与CoTd协同作用达到最高法拉第效率和尿素产率，同位素标记证实CO2与NO3-直接偶联生成尿素，铜掺杂四面体Co位可提升催化性能。

　　

摘要

通过电催化还原硝酸盐（NO₃^?）和二氧化碳（CO₂）来合成尿素，为减轻硝酸盐污染和降低能源需求提供了一种环保的解决方案。研究催化剂的几何结构和电子结构对于阐明反应机制以及设计高性能催化剂至关重要。本文系统地研究了基于钴（Co）的尖晶石氧化物中钴原子（Co）的几何构型对C?N偶联反应的影响。结果表明，C?N偶联更可能发生在八面体钴（Co_Oh）位点上，而不是四面体钴（Co_Td）位点上；尖晶石结构中的Co_Oh位点有利于电子和离子的传输。利用Co_Oh与Co_Td位点之间的协同效应，Co₃O_{4实现了最高的法拉第效率和尿素产率。同时，同位素标记实验证实了尿素是通过CO2和NO3^?的C?N偶联反应形成的。通过用铜原子替换不活跃的四面体钴原子，催化性能得到了进一步提升。本研究为高性能金属氧化物催化剂在C?N偶联反应中的应用提供了关键的设计原则。}

图形摘要

在尖晶石氧化物中，C?N偶联反应发生在八面体钴（Co_Oh）位点上，而不是四面体钴（Co_Td）位点上，这有利于尿素合成的电子和离子传输。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。