《Chem. Commun.》：超声辅助水热法制备RhCu合金纳米球实现高效电催化合成尿素

Ultrasonic-assisted hydrothermal synthesis of RhCu alloy nanospheres for electrocatalytic urea production

Siyu Fu, Kaibin Chu, Minhao Guo, Zhenzhong Wu, Yang Wang, Jieru Yang, Feili Lai*, Tianxi Liu*

Chemical Communication 2023, DOI: 10.1039/D3CC00102D

尿素是一种含氮量高达46%的典型氮肥，也是重要的化工原料。目前，工业上合成尿素需要在苛刻的条件(150-200℃，150-250 bar)下进行，该过程会导致高能耗和大量温室气体的排放。开发一种电化学合成方法，在温和的条件下合成尿素，逐渐成为解决工业生产尿素所带来的能源和环境问题的关键技术。然而，电催化合成尿素的产率和法拉第效率不够理想，阻碍了其大规模的工业化应用。因此，亟需开发一种高性能的催化剂用于电催化合成尿素。由于铑（Rh）原子对硝酸根离子和其他含氮中间体具有良好的亲和力，在电催化合成尿素方面也显示出巨大的潜力。将Rh与非贵金属铜（Cu）结合不仅可以缓解Rh的稀缺性，降低成本，还有利于优化Rh的电子结构从而显著提高电催化合成尿素的性能。超声辅助水热法能够实现纳米合金的结晶度、形貌和孔结构的重整。因此，利用超声辅助水热法合成RhCu合金，并对RhCu合金的独特结构与合成尿素性能之间的关系进行系统性的研究对于电催化合成尿素的发展具有重要意义。

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报道了一种超声辅助水热法制备RhCu合金纳米球，并将其用于电催化合成尿素。通过超声处理可以有效减小RhCu合金纳米球的粒径和晶格间距。超声辅助水热法制备的RhCu-uls纳米球中Rh/Cu比例较低，即Cu的含量较高，有利于电子从Cu原子向Rh原子转移，并且使得价带中心更接近费米能级。相比于无超声辅助制备的RhCu-none纳米球，超声处理不仅增强了RhCu纳米球对电催化合成尿素反应中间体的吸附能力，还显著增大了其电化学比表面积，进而提升电催化合成尿素的性能。此外，RhCu-uls纳米球的电催化产尿素的法拉第效率和产率分别是RhCu-none纳米球的2.6和1.4倍。这一新方法为制备高性能的电合成尿素催化剂开辟了新的思路。

本论文第一作者为化工学院硕士研究生付思钰和博士生楚凯斌，通讯作者为赖飞立博士和刘天西教授。

论文连接：https://doi.org/10.1039/D3CC00102D