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Pulsed Potential-Mediated Tandem Electrolysis of CO2 and Nitrate for Efficient Urea Synthesis

Description du projet

La synthèse durable de l’urée

La production traditionnelle d’urée est très gourmande en énergie et génère d’importantes émissions de CO2, ce qui aggrave le réchauffement climatique. Les méthodes électrochimiques actuelles souffrent également d’un faible rendement et d’un manque de durabilité. Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet PulseUS va produire de l’urée durable à partir de CO2 et d’eaux usées contenant des nitrates, en utilisant des catalyseurs à deux atomes conçus pour faciliter un couplage chimique précis, associés à une nouvelle technique d’électrolyse pulsée asymétrique. Cette approche électrochimique spécifique vise à optimiser l’environnement réactionnel, et ainsi augmenter la vitesse et la stabilité de la synthèse de l’urée. Le projet cherche à affiner ces mécanismes par des analyses spectroscopiques avancées et à modélisation informatique menées en laboratoire. PulseUS entend promouvoir les technologies vertes à la fois par l’innovation scientifique et par une large sensibilisation éducative.

Objectif

Sustainable solutions for global warming and groundwater pollution depend on reducing fossil fuel use and controlling wastewater discharges. Electrochemical urea production from CO2 and NO3- offers a promising approach to closing carbon and nitrogen cycles. However, traditional methods are energy-intensive and produce significant CO2 emissions, while current electrochemical processes face issues with selectivity, rate, and durability. Symmetrical pulsed potential electrolysis addresses key issues of continuous potential application, but optimal performance remains elusive due to the lack of effective strategies for controlling the evolving electrode microenvironment, which governs reaction kinetics and product distribution. This approach further reduces effective reduction time by half, limiting urea yield. I hereby propose developing dual-atom catalysts (DACs) by integrating CO2- (e.g. Cu) and NO3-- (e.g. Mo) selective sites on a suitable support, alongside a novel electrolysis method called Asymmetric Low-Frequency Pulsed Potential Electrolysis (ALFPE). These DACs will enable efficient C-N coupling, while ALFPE will precisely control the catalyst’s microenvironment to enhance activity, selectivity, and stability for urea production. The underlying mechanisms will be studied using in situ spectroscopy (FTIR, Raman) and DFT simulations, examining the effects of ALFPE parameters, electrolyte composition, and reactor design. Supported by LTU’s advanced research ecosystem, the project will foster interdisciplinary collaboration and utilize the Experimental Physics lab. I commit to the broad dissemination/communication of PulseUS outcomes, engaging audiences from secondary school students to researchers.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinateur

LULEA TEKNISKA UNIVERSITET
Contribution nette de l'UE
€ 252 180,00
Adresse
UNIVERSITETSOMRADET PORSON
971 87 LULEA
Suède
Région
Östra Sverige Stockholm Stockholms län
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée