上海交通大學(xué)×蘇州大學(xué)合作最新Science論文

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

120 年前的哈伯法合成氨（通過氮氣和氫氣合成氨的方法）徹底改變了化肥的生產(chǎn)方式，至今仍是合成氨的主要來源。然而，該方法需要苛刻的反應(yīng)條件，化學(xué)家們?nèi)栽趯ふ夷茉诟咏覝丶俺簵l件下運(yùn)行的方法。

電化學(xué)鋰（Li）介導(dǎo)的氮氣（N?）還原，能夠在環(huán)境溫度和壓力下實現(xiàn)氨（NH?）的生產(chǎn)，為減少化工行業(yè)的碳排放提供了一條途徑。然而，氨的生產(chǎn)率通常受到固體電解質(zhì)界面（Solid Electrolyte Interphase，SEI）處鋰離子脫溶和擴(kuò)散緩慢的限制。

2026 年 2 月 12 日，上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心李俊團(tuán)隊聯(lián)合蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院程濤團(tuán)隊，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Enhanced Li-ion diffusion improves N?-to-NH? current efficiency at 100 mAcm?2的研究論文。

該研究通過對固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）設(shè)計的優(yōu)化，以增強(qiáng)此過程中鋰離子的通量，從根本上解決了鋰介導(dǎo)氮氣還原法（Li-NRR）合成氨的核心動力學(xué)限制，在每平方厘米 100 毫安的電流密度下提高了整體性能，將合成氨從傳統(tǒng)的高溫高壓、高碳排放的哈伯法合成氨，轉(zhuǎn)向溫和的、可再生的電化學(xué)驅(qū)動，是邁向綠色氨經(jīng)濟(jì)的重要一步。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊攻克了鋰介導(dǎo)氮氣還原法（Li-NRR）合成氨的一個關(guān)鍵瓶頸，實現(xiàn)了在常溫常壓下高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)（NH?），為化工行業(yè)脫碳提供了一條有前景的技術(shù)路徑。
傳統(tǒng)方法的氨產(chǎn)率受限于鋰離子在固體電解質(zhì)界面（SEI） 中的去溶劑化過程緩慢擴(kuò)散速率低。研究團(tuán)隊設(shè)計了一種全新的、分層的 SEI 結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)像精心設(shè)計的“高速通道”，包含兩種功能層——低離子親和力層，促進(jìn)鋰離子快速脫離溶劑分子的束縛（去溶劑化）；高離子電導(dǎo)率層：讓去溶劑化的鋰離子能夠極速通過。
這種協(xié)同設(shè)計將鋰離子通量提高了兩個數(shù)量級（約 100 倍），為氮氣（N?）還原反應(yīng)提供了充足的原料。
在特定的電解液（2M LiDFOB）中，該技術(shù)實現(xiàn)了——

• 高法拉第效率：98%（意味著幾乎所有電流都用于生成氨，副反應(yīng)極少）。
• 高電流密度：100 mA cm?2（表明反應(yīng)速度非常快，具備工業(yè)化放大的潛力）。
• 高能源效率：21%
• 出色穩(wěn)定性：能夠持續(xù) 40 小時保持80%的法拉第效率。

這項工作通過巧妙的界面工程（SEI 設(shè)計）從根本上解決了 Li-NRR 的核心動力學(xué)限制，是邁向綠色氨經(jīng)濟(jì)的重要一步。將合成氨從傳統(tǒng)的高溫高壓、高碳排放的哈伯法，轉(zhuǎn)向溫和的、可再生的電化學(xué)驅(qū)動，對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重大意義。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw5462