有序金属间化合物是提高电催化活性最有效的合金化方法之一,可能为单催化反应中的中间体吸附提供更多的活性位点。
然而,对于涉及多种起始材料的催化反应(例如从CO₂和NO₃⁻共催化合成尿素),它通常不能有利于多种中间体的吸附,导致倾向于单独催化并阻碍有效的C─N偶联。
基于此,2025年3月22日,山东大学吴昊等人在国际知名期刊Advanced Energy Materials发表题为《Enhancing Urea Electrosynthesis From CO2 and Nitrate Through High-Entropy Alloying》的研究论文。
作为概念验证,作者合成了AuCuIrCo中熵金属间化合物(MEI),并使用Pd破坏有序排列,实现了PdAuCuIrCo高熵合金(HEA)对应物用于共催化尿素合成。
原位光谱分析表明,MEI产生更多的NH₃(仅由NO₃⁻还原产生),而HEA产生更多的C─N偶联产物。
理论计算表明,与MEI相比,HEA显示出降低的NO₂吸附能,并降低了C─N偶联和加氢过程的能垒,允许与CO₂进行有效的共吸附,而MEI过度稳定*NO₂,倾向于单路径还原为NH₃。
因此,HEA在−0.9 V时实现了52.43 mmol h⁻¹ g⁻¹的高尿素产率和22.57%的法拉第效率,大大超过了MEI。本研究为多路径电催化反应的发展提供了框架。
Enhancing Urea Electrosynthesis From CO2 and Nitrate Through High-Entropy Alloying,Adv. Energy Mater.,2025.https://doi.org/10.1002/aenm.202500872
