尿素（CO(NH₂)₂）是全球农业生产的核心氮肥，其传统合成依赖Bosch-Meiser工艺，但该过程需高温高压，能耗巨大，且每吨尿素排放约1.5吨CO₂，严重制约“双碳”目标的实现。近年来，基于可再生能源驱动的电化学C–N偶联技术备受关注，该方法利用CO₂和NO₃^–为原料直接合成尿素，兼具碳氮循环协同调控与绿色合成的双重优势。然而，该技术仍面临多步反应路径复杂、催化位点功能单一等挑战。

近日，中国科学院福建物质结构研究所韩丽丽研究员团队在《Advanced Materials》期刊发表了题为“Electrosynthesis of Urea on High-Density Ga-Y Dual-Atom Catalyst via Cross-Tuning”的研究论文。该研究创新性地提出“双原子协同催化”策略，高密度Ga-Y双原子催化剂（Ga/Y-CNP，氮磷共掺杂碳基负载的Ga-Y双原子催化剂），其负载量高达14.1 wt.%。研究发现，该催化剂在-1.4 V vs RHE下可实现尿素产率41.9 mmol h⁻¹ g⁻¹，法拉第效率22.1%，显著优于现有非贵金属催化体系。原位光谱与理论计算揭示，Ga-Y位点通过动态电子相互作用优化电子态，加速CO₂在Ga位点转化为*CO，并促进NO₃⁻在Y位点还原为*NH₂OH，随后*CO与*NH₂OH在相邻Ga-Y双活性位点上自发偶联，实现高选择性的尿素合成。这种“双活性位点交叉调控”机制突破了单原子催化剂的局限性，为电化学合成高附加值氮化合物提供了全新范式。该研究突破了传统催化剂在C–N偶联反应中的瓶颈，为可持续尿素电合成提供了新策略，并为发展高效、多功能的双原子催化剂体系奠定了基础。

耦合CO₂和NO₃^–电合成尿素

相关研究成果发表于《Advanced Materials》，福建物构所陈德超博士后为论文第一作者，中国科学院福建物构所韩丽丽研究员和华南理工大学刘学明副教授为共同通讯作者。研究工作获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院上海分院人才计划等项目的支持。

论文链接:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202420593

（韩丽丽课题组供稿）