효율적인 CO2 및 N2의 전기환원을 통한 요소 합성을 위한 p–n 이종접합을 갖춘 메조다공성 전기촉매

N2와 CO2를 활성화하여 고부가가치 요소를 전기촉매 합성하는 것은 탄소 중립성을 달성한 친환경 합성 기술입니다. 그러나 촉매 표면에서 N2와 CO2의 화학적 흡착과 C–N 결합 능력은 일반적으로 좋지 않아 전기촉매 요소 합성의 전기촉매 활성과 선택성을 크게 제한합니다. 여기에서 새로운 계층형 메조다공성 CeO2/Co3O4 이종구조가 제작되었으며, 초저전압인 -0.2 V에서 요소 수율이 5.81 mmol g–1 h–1에 도달하고, 해당하는 파라데이 효율은 30.05%입니다. 계층형 메조다공성 물질은 반응물과 중간물의 물질 이동 저항을 효과적으로 감소시켜 이들이 활성 중심에 더 쉽게 접근할 수 있게 합니다. 이종면에서 발생하는 공간 전하 지역은 국소적인 전기친화적 및 친핵성을 생성하여 전기친화적 지역에서 CO2의 목표 흡착과 활성화로 *CO 중간체를 생성하고, 친핵성 지역에서 N2의 목표 흡착과 활성화로 *N ═ N* 중간체를 생성합니다. 이후 *N ═ N* 중간체의 σ 오르빗말의 전자는 CeO2/Co3O4의 비어 있는 eg 오르빗말에 쉽게 수용될 수 있으며, 이는 저스핀 상태(LS: t2g6eg0)를 나타냅니다. 그 후, *CO는 *N ═ N*와 결합하여 주요 중간체 *NCON*을 생산합니다. 흥미롭게도, 인사이트 라만 분광법을 통해 CeO2/Co3O4 촉매가 전기촉매 반응 전후에 가역적인 스피넬 구조를 가지고 있다는 사실이 발견되었으며, 이는 전기촉매 반응 과정 중 촉매의 표면 재구성으로 인해 비정질 활성이 코발트 산화물이 생성되어 전기촉매 활성 개선에 도움이 됩니다.