上海交大团队全球首破电合成氨难题

IT之家2月13日消息，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队今日在国际顶级学术期刊《科学》（Science）上发表了一项突破性研究。论文题为《Enhanced Li-ion diffusion improves N2-to-NH3 current efficiency at 100 mA cm-2》。研究团队首次在常温常压、连续流动条件下，实现了高达100 mA cm⁻²的电流密度和21%的卓越能量效率，并完成了稳定的电化学合成氨，为绿色氨的规模化生产开辟了一条颠覆性的技术路径。

▲ 锂介导氮气电还原体系及其不同固体电解质界面膜（SEI）的离子传输模型分析

传统的合成氨工业依赖于哈伯-博施法，不仅需要高温高压的苛刻条件，且严重消耗化石能源，碳排放量巨大。锂介导的电化学还原制氨作为绿色替代方案备受瞩目，但长期受限于电极表面固体电解质界面膜（SEI）的离子传导性能差、高电流下易失效等问题，导致氨分电流密度长期停留在8 mA cm⁻²以下，高压间歇电解能效也仅为3%左右。

为突破这一瓶颈，团队创新性地构建了一种功能分层的混合SEI结构（DDLA），成功将锂离子传输效率提升了两个数量级。这种多层界面由LiF外层、Li₂CO₃离子传导层与Li₃N界面层精确组装而成，大幅降低了锂离子去溶剂化与迁移能垒，显著抑制了析氢副反应，从原理上解决了高电流密度下界面失稳这一核心难题。

DDLA体系表征及其应用于连续流锂金属介导合成氨体系的性能

实验证实，新体系在100 mA cm⁻²的高电流下实现了高达98%的法拉第效率和21%的能量效率，并可稳定运行超过50小时。这标志着锂介导电合成氨技术向工业化、连续化生产迈出了关键一步。相关界面设计与离子传输机制，对于电化学固氮、金属空气电池、固态电池等新能源前沿领域均具有重要的参考价值。

该研究由上海交通大学李俊副教授与苏州大学程涛教授担任通讯作者，张强、李华敏、于沛平、刘鹏宇为共同第一作者，研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目的支持。

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