【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院吳玉程教授團(tuán)隊(duì)在CO2與硝酸鹽電催化共還原直接合成乙酰胺研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Direct electrosynthesis of acetamide from CO2 and nitrate via an atomically engineered dual-site catalyst”為題，在線發(fā)表于國(guó)際知名綜合性期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。
 

　　酰胺類化合物是藥物、聚合物和精細(xì)化學(xué)品的重要結(jié)構(gòu)單元。傳統(tǒng)乙酰胺生產(chǎn)通常依賴高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)，不僅能耗較高，而且需要以工業(yè)合成氨作為氮源。利用可再生電力驅(qū)動(dòng)CO2和硝酸鹽等小分子的共還原反應(yīng)，為在溫和條件下合成乙酰胺提供了一條可持續(xù)途徑，同時(shí)有望促進(jìn)碳資源利用和含氮污染物循環(huán)轉(zhuǎn)化。然而，直接由CO2和NO3−合成乙酰胺需要依次完成CO2向CO轉(zhuǎn)化、C–C偶聯(lián)、硝酸鹽還原以及C–N鍵形成等多個(gè)反應(yīng)步驟。不同反應(yīng)路徑在動(dòng)力學(xué)和空間上相互競(jìng)爭(zhēng)，容易造成關(guān)鍵碳、氮中間體供給不匹配，限制乙酰胺的生成效率。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，我校吳玉程教授課題組王巖教授、張劍芳副教授和博士生夏帥等人構(gòu)筑了由氮摻雜碳基體負(fù)載的原子級(jí)雙位點(diǎn)催化劑Ni-SA/Cu-NCs，其中原子分散的Ni位點(diǎn)與Cu納米簇相鄰分布，通過(guò)空間分工與電子協(xié)同實(shí)現(xiàn)多步反應(yīng)的高效銜接。Ni單原子位點(diǎn)選擇性催化CO2還原生成*CO，為后續(xù)反應(yīng)提供碳中間體；鄰近的Cu納米簇則促進(jìn)*CO二聚化形成*CCO，并同步催化NO3−還原生成*NH2。兩類活性位點(diǎn)的緊密鄰接促進(jìn)了中間體的快速轉(zhuǎn)移和局域化C–N偶聯(lián)，有效緩解了活性位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)，從而提高了乙酰胺生成的選擇性。得益于上述協(xié)同作用，該催化劑在215.7 mA cm−2的工業(yè)級(jí)電流密度下實(shí)現(xiàn)了257.3 mmol h−1 gcat. −1的乙酰胺產(chǎn)率，并可穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)160 h，展現(xiàn)出優(yōu)異的反應(yīng)活性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
 

　　原位光譜研究揭示了*CCO和*NH2等關(guān)鍵反應(yīng)中間體在催化劑表面的動(dòng)態(tài)形成過(guò)程。理論計(jì)算和過(guò)渡態(tài)分析進(jìn)一步表明，Ni與Cu之間的電子耦合能夠優(yōu)化局域電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)催化劑對(duì)CO2和NO3−的吸附與活化，并降低*CO二聚化以及*CCO與*NH2偶聯(lián)等關(guān)鍵步驟的反應(yīng)能壘。上述結(jié)果表明，Ni單原子與Cu納米簇之間的空間與電子協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了中間體生成與偶聯(lián)步驟間的有效動(dòng)力學(xué)匹配，從而共同驅(qū)動(dòng)乙酰胺的高效生成。
 

　　本研究將碳原料由CO拓展至來(lái)源更加豐富的CO2，通過(guò)構(gòu)建具有互補(bǔ)功能的原子級(jí)雙位點(diǎn)催化劑，協(xié)調(diào)CO2活化、C–C鍵形成和C–N鍵形成等串聯(lián)反應(yīng)步驟。該研究為多活性位點(diǎn)催化劑的原子級(jí)設(shè)計(jì)提供了新的思路，也為利用豐富小分子綠色合成高附加值含氮化學(xué)品提供了新的技術(shù)路徑。
 

　　上述研究依托先進(jìn)能源與環(huán)境材料國(guó)際科技合作基地、安徽省先進(jìn)能源材料國(guó)際科技合作基地、先進(jìn)功能材料與器件安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科研平臺(tái)，相關(guān)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)、安徽省江淮英才培養(yǎng)計(jì)劃團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智基地(111計(jì)劃)等項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：我校在電催化合成乙酰胺研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展-合肥工業(yè)大學(xué)【引用時(shí)間：2026年8月7日】