近日，BETVLCTOR伟德国际光学工程学科徐晶教授和研242班叶代飞，联合哈尔滨师范大学赵景祥教授，在《Applied Catalysis B：Environment and Energy》期刊（中科院：1区TOP，IF=21.83）上发表了题为“Oxygen-vacancy-engineered Cr2CO2electrocatalysts for efficient urea synthesis from nitrite and carbon monoxide”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(OV-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，OV− 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，作者利用机器学习方法（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。
图1.OV−M2CO2催化剂反应路径以及限制电位
图2.OV−M2CO2催化剂活性起源和机器学习分析
论文链接：
T. Zhao, S. Wang, D. Ye, J. Xu, J. Zhao,Oxygen-vacancy-engineered Cr₂CO₂ 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
（文：徐晶、叶代飞，审核：姚立健）
