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

Descrizione del progetto

Al passo con gli ultimi sviluppi nella sintesi sostenibile dell’urea

La produzione tradizionale di urea comporta un elevato consumo energetico ed emette grandi quantità di CO2, aggravando il riscaldamento globale. Anche gli attuali metodi elettrochimici presentano problemi di scarsa efficienza e scarsa durata. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto PulseUS mira a produrre urea sostenibile a partire da CO2 e acque reflue contenenti nitrati, utilizzando catalizzatori a doppio atomo progettati per facilitare un accoppiamento chimico preciso, in combinazione con una nuova tecnica di elettrolisi pulsata asimmetrica. Questo specifico approccio elettrico mira a ottimizzare l’ambiente di reazione, aumentando così la velocità e la stabilità della sintesi dell’urea. Attraverso analisi spettroscopiche avanzate e modellizzazione al computer, il progetto mira a perfezionare tali meccanismi in un contesto di laboratorio integrato. L’obiettivo di PulseUS è quello di promuovere le tecnologie ecocompatibili attraverso l’innovazione scientifica e un’ampia attività di divulgazione educativa.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

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

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinatore

LULEA TEKNISKA UNIVERSITET
Contributo netto dell'UE
€ 252 180,00
Indirizzo
UNIVERSITETSOMRADET PORSON
971 87 LULEA
Svezia
Regione
Östra Sverige Stockholm Stockholms län
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato