Électrocatalyseurs mésoporeux avec hétéojonctions p–n pour l'électroréduction efficace du CO2 et du N2 en urée

La synthèse électrocatalytique de l'urée à forte valeur ajoutée par activation du N2 et du CO2 est une technologie de synthèse verte qui a atteint la neutralité carbone. Cependant, l'adsorption chimique et la capacité de couplage C–N du N2 et du CO2 à la surface du catalyseur sont généralement faibles, limitant considérablement l'amélioration de l'activité et de la sélectivité électrocatalytiques dans la synthèse électrocatalytique de l'urée. Dans ce cadre, de nouvelles hétérostructures hiérarchiques de CeO2/Co3O4 sont fabriquées, et à une tension appliquée ultra-basse de -0,2 V, le taux de rendement en urée atteint 5,81 mmol g–1 h–1, avec une efficacité de Faraday correspondante de 30,05 %. Le matériau mésoporeux hiérarchique réduit efficacement la résistance au transfert de masse des réactifs et des intermédiaires, facilitant leur accès aux centres actifs. Les régions de charge d'espace émergentes à l'hétérointerface génèrent des régions électrophiles et nucléophiles locales, facilitant l'adsorption ciblée du CO2 dans la région électrophile et son activation pour produire des intermédiaires *CO et l'adsorption ciblée du N2 dans la région nucléophile et son activation pour générer des intermédiaires *N ═ N*. Ensuite, les électrons dans les orbitales σ des intermédiaires *N ═ N* peuvent être facilement acceptés par les orbitales eg vides de Co3+ dans CeO2/Co3O4, qui présente un état de faible spin (LS : t2g6eg0). Par la suite, *CO se couple avec *N ═ N* pour produire l'intermédiaire clé *NCON*. Il a été découvert de manière intéressante par spectroscopie Raman in situ que le catalyseur CeO2/Co3O4 a une structure spinelle réversible avant et après la réaction électrocatalytique, ce qui est dû à la reconstruction de surface du catalyseur pendant le processus de réaction électrocatalytique, produisant des oxydes de cobalt actifs amorphes, ce qui est bénéfique pour améliorer l'activité électrocatalytique.