尿素（CO(NH₂)₂）是化肥的重要氮源，全球年產(chǎn)量超過1億噸。尿素除了用作農(nóng)業(yè)肥料外，也是制藥和化工生產(chǎn)的重要原料。生產(chǎn)尿素的主要工業(yè)路線是通過二氧化碳（CO₂）和氨（NH₃）反應(yīng)的Bosch-Meiser工藝，該工藝不僅需要極端苛刻的反應(yīng)條件（如150-200 °C的高溫和150-250 bar的高壓等），還會(huì)導(dǎo)致高能耗和CO₂排放，并消耗了能源密集型Haber-Bosch工藝生產(chǎn)的全球80%的NH₃。因此，探索在溫和條件下進(jìn)行尿素合成的節(jié)能經(jīng)濟(jì)路線尤為重要。最近的研究表明，在環(huán)境條件下，通過電化學(xué)還原CO₂和硝酸根（NO₃^-）可以合成尿素，但其效率較低，實(shí)際應(yīng)用仍面臨巨大挑戰(zhàn)。合成過程中，關(guān)鍵步驟是生成較低能壘的活性*NH₂和*CO中間體，這需要一種高效的催化劑，能夠同時(shí)對(duì)CO₂和NO₃^-兩種原料進(jìn)行吸附和活化，以實(shí)現(xiàn)C-N耦合。 

　　基于此，固體所研究人員采用液相激光輻照方法在碳納米管上制備了共生的碳包覆非晶態(tài)鐵（Fe(a)@C）和四氧化三鐵納米顆粒（Fe₃O₄ NPs）。所制備的Fe(a)@C-Fe₃O₄/CNTs包含兩種鐵基活性組分，分別為粒徑10~20 nm的Fe(a)@C納米顆粒和粒徑1~5 nm的Fe₃O₄納米顆粒。兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)單元的存在，使協(xié)同電催化活化CO₂和NO₃^-實(shí)現(xiàn)C-N偶聯(lián)成為可能。電化學(xué)測試顯示，在0.1 M KNO₃電解液中，Fe(a)@C-Fe₃O₄/CNTs在-0.65 V（vs. RHE）條件下，尿素產(chǎn)率為1341.3±112.6 μg h^-1 mg_cat^-1，法拉第效率（FE）為16.5±6.1%。密度泛函理論（DFT）計(jì)算揭示，F(xiàn)e(a)@C主要負(fù)責(zé)電催化還原NO₃^-形成*NH₂中間體，而Fe₃O₄更有利于電催化還原CO₂形成*CO中間體。最終，通過Fe(a)@C和Fe₃O₄ NPs作為協(xié)同催化位點(diǎn)，使Fe(a)@C-Fe₃O₄/CNTs在環(huán)境條件下對(duì)CO₂和NO₃^-電催化偶聯(lián)生成尿素表現(xiàn)出優(yōu)異的活性。該工作為解決環(huán)境條件下尿素合成問題提供了一種新策略。 

　　上述工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202210958