近日，光机电网络电玩城光学工程学科徐晶教授与哈尔滨师范大学赵景祥教授合作在《Applied Catalysis B：Environment and Energy》期刊（中科院：1区TOP，IF=21.83）上发表题为“Oxygen-vacancy-engineered Cr₂CO₂electrocatalysts for efficient urea synthesis from nitrite and carbon monoxide”（《氧空位工程化Cr?CO?电催化剂用于亚硝酸盐和一氧化碳高效尿素合成》）的研究论文，该研究提出了通过空位工程调控二维过渡金属碳化物(O_V-M₂CO₂)作为高效电催化剂，用于亚硝酸盐与一氧化碳协同还原合成尿素的新策略。

随着全球对清洁能源和可持续化学品需求的增加，开发高效的电催化剂用于尿素合成成为了重要的研究方向。传统的尿素合成方法依赖于高温高压下氨和二氧化碳的反应，消耗大量化石燃料，造成环境负担。为了解决这一问题，电催化尿素合成作为一种能效更高、环境友好的替代方案，逐渐受到关注。然而，现有的电催化剂仍面临着低效率和高过电位等挑战。为此，研究人员提出了一些创新的催化剂设计策略，其中缺陷工程，尤其是氧空位的引入，成为了提升催化剂性能的有效手段。

该工作研究了氧空位工程的Cr₂CO₂电催化剂在亚硝酸盐和一氧化碳协同还原合成尿素过程中的应用。通过密度泛函理论（DFT）计算，提出了通过引入氧空位来增强Cr₂CO₂催化剂的性能。研究发现，氧空位的引入能够暴露三个未饱和的铬金属位点，从而促进反应物的吸附和C?N耦合过程，显著提高了催化活性。特别是，O_V? Cr₂CO₂催化剂表现出极低的限制电位（-0.21 V）和小的C?N耦合能垒（0.39 eV），在酸性条件下尤为显著。研究还指出，氧空位的存在有效抑制了竞争反应（如氢气析出反应），提高了尿素合成的选择性和稳定性。此外，利用机器学习方法（SISSO）构建了针对*NO₂和限制电位的描述符，为催化剂设计提供了理论指导。该研究强调了缺陷工程在电催化中的重要性，并为可持续尿素合成提供了一个新的方向。

浙江农林大学为该论文共同通讯作者单位，光机电学院徐晶教授与哈尔滨师范大学赵景祥教授为共同通讯作者，光机电学院研242班叶代飞为参与作者。

论文链接：

T. Zhao, S. Wang, D. Ye, J. Xu, J. Zhao,Oxygen-vacancy-engineered Cr?CO? electrocatalysts for efficient urea synthesis from nitrite and carbon monoxide, Applied Catalysis B: Environment and Energy 372 (2025) 125327. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125327.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337325003108?via%3Dihub

（光机电学院 徐晶 叶代飞）