化学学报 ›› 2026, Vol. 84 ›› Issue (1): 73-85.DOI: 10.6023/A25040118 上一篇 下一篇
研究论文
投稿日期:2025-04-14
发布日期:2025-08-26
Yichun Loua, Chengli Hea,b, Linrui Wanga, Xiaoli Cuia,*(
)
Received:2025-04-14
Published:2025-08-26
Contact:
* E-mail: xiaolicui@fudan.edu.cn; Tel.: 13817061363
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作为重要的化学品, 尿素的应用广泛, 然而传统Bosch-Meiser尿素生产工艺存在高能耗、高排放问题. 本工作提出在常温常压的条件下, 以N2、CO2和H2O为原料, 通过机械化学合成尿素的新策略. 利用二氧化锆球磨罐和磨球, 分别研究了TiO2、ZnO、Cu2O、Nb2O5、Fe2O3作为催化剂的机械化学合成尿素的催化作用. 其中TiO2表现出最佳的机械催化活性, 加入TiO2在相同条件下尿素的产率能够达到133.59 μg•L-1•h-1, 相对于无催化剂提升了2.2倍. 利用透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振(EPR)、Raman光谱对机械球磨合成尿素后的TiO2进行表征, 发现在机械球磨后TiO2中氧空位的含量上升. 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术检测了TiO2表面吸附的残余基团, 提出了可能的反应机理. 通过密度泛函理论计算研究了反应过程, H2O在催化剂表面的裂解和N2的活化是机械球磨合成尿素过程中两个重要步骤. TiO2中的氧空位不但能够促进对N2吸附和活化, 而且有助于H2O的裂解, 以释放出自由H. 在尿素合成的反应过程中, H2O裂解和*N2与*CO之间发生的C—N偶联反应是尿素合成过程中的共速控步. 本工作提出了一种以N2、CO2和H2O为原料通过机械化学合成尿素的方法, 初步揭示了TiO2对机械化学合成尿素的催化作用机理.
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