La dirección de la vía de acoplamiento C-N permite una electrosíntesis eficiente de urea

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• La síntesis electrocatalítica de urea es vital para el ciclo del nitrógeno artificial.
• La baja selectividad de la urea y la eficiencia energética provienen del lento acoplamiento C-N, que compite con la reducción de nitratos y CO2.
• El intermediario *NO2 juega un papel crítico en la formación de urea frente a la hidrogenación.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel del intermediario NO2 en la electrosíntesis de la urea.
• Mejorar la selectividad de la urea y la eficiencia energética mediante la manipulación de la reactividad del NO2.
• Desarrollar electrocatalizadores eficientes para la producción de urea mediante la correducción eléctrica de nitrato y CO2.

Principales métodos:

• Investigaciones teóricas de las vías de adsorción y reacción del NO2 en superficies de cobre.
• Síntesis y caracterización de los electrocatalizadores de cobre dopado con boro (Cu-B).
• Mediciones electroquímicas de la síntesis de urea, incluidas las tasas de eficiencia y producción de Faradaic.

Principales resultados:

• La disminución de la energía de adsorción de NO2 en Cu favorece el acoplamiento C-N sobre la hidrogenación.
• El dopaje de boro de Cu suprime la hidrogenación *NO2 y baja la barrera para el acoplamiento C-N.
• Los catalizadores Cu-B alcanzaron >80% de eficiencia Faradaic de urea a -0,22 V frente a RHE, con una velocidad de producción de 101,2 μmol h-1 cm-2.
• Pristine Cu mostró una baja selectividad de la urea (19%) y una baja tasa de producción (< 20 μmol h-1 cm-2).

Conclusiones:

• El dopaje con boro es una estrategia eficaz para mejorar la selectividad y la eficiencia de la electrosíntesis de urea.
• La optimización de la reactividad del intermedio NO2 es clave para la formación eficiente de enlaces C-N.
• Este trabajo proporciona información para el diseño de electrocatalizadores avanzados para la producción sostenible de urea.