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混合催化劑在農(nóng)業(yè)（生產(chǎn)氮肥）中的應(yīng)用！

來源：時間：2023-10-23 16:04:41 瀏覽：1933次

第一作者：Yuting Luo

通訊作者：Edward H. Sargent院士、Jennifer B. Dunn教授

通訊單位：加拿大多倫多大學(xué)、美國西北大學(xué)

DOI:10.1038/s41929-023-01020-4

研究背景

在合成氮肥過程中，需要耗費大量能源和排放CO₂，并產(chǎn)生含硝酸鹽的徑流。為減少CO₂排放，降低碳化工業(yè)的排放量成為首要任務(wù)，其中充分利用可再生電力來驅(qū)動化學(xué)過程是巨大的機遇。基于此，加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent院士和美國西北大學(xué)Jennifer B. Dunn教授等人報道了利用電氣化合成法生產(chǎn)肥料尿素既能脫氮廢水，又能實現(xiàn)低碳尿素生產(chǎn)。該工藝包括使用Zn和Cu混合催化劑轉(zhuǎn)化CO₂和廢氮，可減少水處理設(shè)施的碳足跡并提供潛在的收入來源，從而使其受益。

文章要點

1、本研究報道了一種使用混合催化劑提高尿素選擇性的策略：兩類位點通過中繼催化機制，獨立穩(wěn)定尿素形成所需的關(guān)鍵中間體*CO₂NO₂和*COOHNH₂。

2、在廢水中硝酸鹽濃度為1000 ppm NO₃^?[N]的情況下，Zn/Cu催化劑實現(xiàn)了75%的法拉第效率（FE），尿素產(chǎn)率為16? μmol h^?1 cm^?2。

3、此外，在電化學(xué)路線中，每公斤尿素的溫室氣體排放量為0.28?千克CO₂當(dāng)量，而當(dāng)前路線的溫室氣體排放量為每公斤1.8?千克?CO₂當(dāng)量。

圖文展示

圖1.氮循環(huán)及其能量學(xué)

圖2.單組分和混合催化劑的篩選

圖3. Zn/Cu混合催化劑對C-N偶聯(lián)的轉(zhuǎn)向選擇性

圖4.機理研究

圖5.合成尿素的3D混合催化劑

圖6.生命周期評估

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