用于尿素合成的氧化偶联

尿素合成采用的是一个带有 NH3-H2O 电解质溶液的三电极 H 型电化学电池。使用 15NH3 和 13CO 进行的同位素标记实验表明，NH3 和 CO 分别是氮和碳的唯一来源。有趣的是，在没有额外电解的情况下，反应后电解质中的尿素含量会随着时间的推移而增加，这表明在电解过程中会产生稳定的尿素前体，然后以非电化学方式转化为尿素。13C 核磁共振光谱被用来确认这种中间体是氰酸盐 OCN-，然后与电解质中的 NH4+ 反应生成尿素。原位表面增强红外吸收光谱和密度泛函理论计算进一步揭示了 CO 和 NH3 的氧化耦合是通过两个质子耦合电子转移步骤形成 HNCO，然后在溶液中被中和形成氰酸盐。在 0.5 至 0.9 V 的电位窗口内，相对于可逆氢电极（RHE），法拉第效率也能保持在 50%以上，而且该过程的 C-N 键形成率高达 100 mmol h-1 gcatalyst-1。