钛氧笼限域铜位点

尿素合成法拉第效率85%

该分子钛氧笼将单原子Cu⁺限制在疏水空腔内，显著提升CO₂与NO₃⁻的C─N偶联效率，尿素产率20 mmol g_cat⁻¹ h⁻¹，法拉第效率85%，选择性62%，在同类铜基催化剂中处于领先水平。

Zhang, Guanyun · Gao, Fangfang · Wang, Dexin · Menghui, Chu · 王娟 · Linping, Liu · 倪寿清 · 王果 · 王一峰

Angewandte Chemie - International Edition 2025

具体参数

尿素产率

{'zh': '20', 'en': '20'} mmol g_cat⁻¹ h⁻¹

法拉第效率

{'zh': '85', 'en': '85'} %

选择性

{'zh': '62', 'en': '62'} %

技术优势

选择性高

分子笼的疏水苯甲酸壳层和限域 Cu⁺ 位点稳定 *CO 与 *NO 中间体，引导 C–N 偶联而不是析氢或生成其他副产物。

产率领先

在最佳载量 Ti₁₆Cu₂ 下，光电催化尿素产率达到 20 mmol g_cat⁻¹ h⁻¹，超越多数铜基体系。

精确可调

通过调节 Cu 负载量（x = 0.25–8）可以系统优化性能，获得 x=2 的最佳催化剂。

应用场景

• CO₂还原：将 CO₂ 与 NO₃⁻ 共同还原偶联制尿素，提升碳利用率和产物价值。
• 人工光合作用：利用光电催化模拟光合作用中的 C–N 偶联，实现绿色尿素合成。
• 电化学合成：在温和电位下电化学合成尿素，避免传统高温高压工艺。
• C–N偶联催化：限域 Cu⁺ 位点高效催化 *CO 与 *NO 的 C–N 偶联，选择性高。
• 单原子催化剂：提供单原子位点在分子笼内的明确配位环境和可调性。