克级产量！中山大学廖培钦，新发Nature大子刊！烟气变尿素！

研究概述

通过CO₂和N₂的共还原制备纯尿素在电化学领域仍然是一个挑战。

2025年4月17日，中山大学廖培钦在国际期刊Nature Nanotechnology上发表了题为《Electrosynthesis of pure urea from pretreated flue gas in a proton-limited environment established in a porous solid-state electrolyte electrolyser》的研究论文。

在本文中，作者报道了一种在电解器中构建的质子受限环境，该电解器配备了多孔固体质子导体，且不含水系电解质，可以抑制析氢反应（HER）以及氮气过度加氢生成氨。

相反，这种环境有利于*CO₂与*NHNH（氮气半氢化的中间体）的C-N偶联，从而促进尿素的生产。

通过使用超薄二维（2D）金属–唑酸盐框架（MAF-201）的纳米片和环状异金属簇作为催化剂，从预处理过的烟气（主要含有85%的N₂和15%的CO₂）中生产尿素的法拉第效率（FE）高达65.5%，且没有生成氨和其他液体产物。

在2.0 V的低电压电池下，电流达到100 mA，尿素生产速率高达5.07 g g_cat^-1h^{-1 或84.4 mmol g}_cat^-1h^-1，可连续生产纯度为6.2 wt%的纯尿素水溶液，获得了大约1.24 g的纯尿素固体，该生产过程可持续至少30 h。

使用预处理过的烟气作为直接原料显著降低了投入成本，高反应速率和选择性有助于减少系统规模和运营成本。

图文解读

图1：形貌表征

图2：电化学性能

图3：同位素标记实验及MAF-201稳定性测试

文献信息

Liu, YC., Huang, JR., Zhu, HL. et al. Electrosynthesis of pure urea from pretreated flue gas in a proton-limited environment established in a porous solid-state electrolyte electrolyser. Nat. Nanotechnol. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01914-3.

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