Pd Intercalation in BiOCl Nanosheets Promotes Ambient Electrosynthesis of Urea: Operando Study by Synchrotron X-ray Spectroscopies
Yu-Chung Chang, Shao-Hua Yu, Ruei-Hung Juang, Hsing-Ye Chen, Aline Wong Taladua,
Cheng-Shiuan Li, Rey Yonson Capangpangan, Chun-Hong Kuo*
ACS Applied Materials & Interfaces 2026, 18, 19, 28310-28321
國立陽明交通大學 應用化學系 郭俊宏副教授
面對碳排放與含氮污染問題，如何利用綠色能源將二氧化碳（CO2）與硝酸鹽（NO3−）轉化為高價值化學品，已成為近年能源與環境領域的重要研究方向。其中，電化學尿素合成因可在常溫常壓下將碳與氮資源直接轉化為尿素，被視為兼具減碳與資源循環潛力的新興技術。然而，其關鍵挑戰在於如何在催化劑表面有效促進碳與氮中間體耦合形成碳−氮（C−N）鍵，並高度依賴材料電子結構與界面反應環境的調控。
國立陽明交通大學化學系郭俊宏副教授團隊的張又中博士(現任逢甲材料系助理教授)開發出鈀修飾氯氧化鉍（Pd−BiOCl）二維奈米片催化材料，透過在層狀氯氧化鉍結構中嵌入次奈米尺度金屬鈀團簇，有效提升C−N耦合反應效率，同時抑制析氫副反應與電化學誘導的結構劣化。電催化測試顯示，鈀修飾氯氧化鉍於低操作電位下可達12%的尿素法拉第效率，明顯優於未修飾氯氧化鉍，顯示鈀團簇對反應選擇性具有關鍵調控作用。本研究進一步結合同步輻射原位X光繞射（Synchrotron-HRXRD）與X光吸收光譜（Synchrotron-XAS），即時解析催化劑於反應中的結構與電子態演化。結果顯示，純氯氧化鉍在負電位下易發生金屬鉍析出與團聚，導致層狀骨架崩解；相較之下，嵌入的鈀團簇可穩定層狀結構並維持界面反應環境的完整性。此結果揭示插層金屬團簇對層狀材料電子結構與結構穩定性的雙重調控機制，不僅深化對電化學尿素生成路徑的理解，也為未來高穩定性碳−氮耦合催化材料設計提供新的策略方向，對永續化學與低碳能源轉換具有重要意義。