Analyse spectroélectrochimique des catalyseurs cuivre-cobalt pour la co-électroréduction du CO2 et du nitrite en urée

La co-réduction électrochimique du CO2 et du nitrite offre une voie durable de synthèse de l'urée mais reste limitée par une faible sélectivité et un mécanisme de couplage C-N non élucidé. Ici, nous présentons des catalyseurs bimétalliques Cu-Co co-pulvérisés qui facilitent la formation d'urée via un mécanisme de relais en tandem. Le rapport Cu:Co optimal de 1:1 atteint un taux de production d'urée de 61 ± 6 mmol h⁻1gcat⁻1 à -1,2 V vs. RHE en pH neutre, soulignant l'importance de l'équilibre protonique dans le maintien du transfert d'électrons couplé aux protons. La spectroscopie infrarouge et Raman in situ, basée sur synchrotron, surveille l'évolution dynamique des intermédiaires *CO, *NH2 et C‒N. La spectroscopie d'absorption X in situ indique la stabilité structurelle des sites actifs métalliques Cu et Co. Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité suggèrent que le couplage *COOH + *NH2 initie la voie de synthèse de l'urée, la formation de *NH2CO constituant l'étape potentiellement déterminante. Cette étude intègre une conception rationnelle des catalyseurs et une analyse spectroélectrochimique in situ pour faire progresser la compréhension du couplage électrochimique C-N pour la synthèse d'urée.