上海交大团队破解电合成氨难题，创国际首次突破

来源：科技日报

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科技日报记者 王春

2月13日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队在《科学》杂志在线发表研究论文。该研究团队首次实现了在常温常压条件下，以100mA cm⁻²的高电流密度和21%的高效能量转换率稳定合成氨的创新体系，为绿色氨的规模化生产带来颠覆性技术突破。

传统哈伯-博施法合成氨工艺需在高温高压环境下进行，且依赖化石能源，导致碳排放量居高不下。锂介导电化学还原制氨作为绿色替代方案，却长期受限于电极表面固体电解质界面（SEI）的离子传导性能不佳、高电流条件下易失效等瓶颈问题，致使氨分电流密度长期徘徊在8mA cm⁻²以下，高压间歇电解能效也仅为3%。

针对这一技术难题，研究团队创新性地构建了功能分层SEI结构（DDLA），使锂离子传输效率实现数量级提升。该多层次界面由LiF外层、Li₂CO₃离子传导层与Li₃N界面层精准组成，大幅降低了锂离子去溶剂化与迁移能垒，显著抑制析氢副反应，从原理层面突破了高电流密度下界面稳定性难题。

实验验证表明，新体系在100mA cm⁻²条件下可实现98%的法拉第效率与21%的能量效率，并能稳定运行50小时，标志着锂介导合成氨技术向工业化、连续化生产迈出关键一步。相关界面设计与离子传输机制，对电化学固氮、金属空气电池、固态电池等新能源领域均具有重要参考价值。

本研究由上海交大李俊副教授与苏州大学程涛教授作为通讯作者，张强、李华敏、于沛平、刘鹏宇为共同第一作者，获得国家自然科学基金等多项项目支持。