【海川化工科技前沿】中国科学院化学研究所“离子液体桥”的新策略，用来加速二氧化碳和硝酸盐电催化合成尿素的过程

海川老鱼 · 发表于 2025-12-21 10:11:33

加入千万技术人社群

您需要登录才可以下载或查看，没有账号？注册

x

刚刚，中国科学院化学研究所的团队在《自然-可持续发展》期刊上发表了一篇论文，他们搞出了一个叫“离子液体桥”的新策略，用来加速二氧化碳和硝酸盐电催化合成尿素的过程。简单说，就是用电把常见的废气二氧化碳和废水里的硝酸盐，直接变成有用的尿素——没错，就是农业上那个重要的肥料。这项研究不仅把尿素生成速率提到了每小时每平方厘米140微摩尔，还给了我们一个强化这类反应的新思路，算是可持续碳、氮循环领域的一个小突破。

你可能好奇，为啥这事儿重要？尿素这玩意儿，全球每年产量超过2亿吨，大部分靠传统的哈伯-博世法生产，这个过程得在高温高压下把氮气和氢气变成氨，再和二氧化碳反应，能耗高不说，还排放大量二氧化碳。所以，科学家们一直琢磨着能不能用更绿色的法子，比如电催化，直接用电能驱动反应，在常温常压下把二氧化碳和硝酸盐变成尿素。这听起来很美，但现实挺骨感：反应涉及18个质子和16个电子的转移，过程复杂得像一场混乱的舞蹈，反应物在电极上老是凑不拢，副反应又多，导致效率低下。

这回中科院的团队，就从溶液热力学和绿色化学的交叉点入手，引入了离子液体当“桥梁”。离子液体你可能听说过，它是一种在室温下呈液体的盐，分子结构特殊，不像水那样容易挥发，还能通过静电、氢键等相互作用“黏住”其他分子。研究中，他们发现这种离子液体能同步干两件事：一是锚定电极上的活性位点，就像给反应舞台打了聚光灯；二是强化二氧化碳和硝酸盐在电极表面的富集，相当于把演员们拉到舞台中央。这样一来，关键中间体的空间间距缩短了，C–N偶联——也就是碳和氮原子结合成尿素的关键步骤——就更容易发生。数据说话：用上这个策略后，尿素生成速率达到了140 μmol h⁻¹ cm⁻⁻²。这个数字啥概念？对比一下，早期的一些电合成尿素研究速率可能只有几个微摩尔级别，这提升了几十倍，虽然离工业化还有距离，但在实验室尺度算是个显著的进步。

海川老鱼 · 发表于 2025-12-21 10:11:54