上海交通大學的研究團隊在電化學合成氨領域取得重大突破，相關成果發(fā)表于國際頂級學術期刊《科學》（Science）。該研究提出了一種新型鋰介導氮氣電還原體系，首次在常溫常壓連續(xù)流條件下實現(xiàn)100 mA cm?2高電流密度與21%能量效率的穩(wěn)定氨合成，為綠色氨規(guī)模化生產(chǎn)開辟了全新路徑。

傳統(tǒng)哈伯-博施法合成氨需在400-500℃高溫、200-300個大氣壓下進行，且依賴化石燃料作為氫源，導致全球每年約1.8%的二氧化碳排放。鋰介導電化學還原制氨作為綠色替代方案，此前受制于電極表面固體電解質界面（SEI）的離子傳導瓶頸，氨分電流密度長期低于8 mA cm?2，高壓間歇電解模式下的能量效率僅3%。研究團隊通過構建功能分層混合SEI結構（DDLA），成功將鋰離子傳輸效率提升兩個數(shù)量級。

該多層級界面由LiF外層、Li?CO?離子傳導層與Li?N界面層精密復合而成。這種結構設計顯著降低了鋰離子去溶劑化能壘與遷移阻力，同時有效抑制了競爭性析氫副反應。實驗數(shù)據(jù)顯示，新體系在100 mA cm?2電流密度下保持98%法拉第效率，能量效率達21%，并可連續(xù)穩(wěn)定運行50小時，較傳統(tǒng)體系性能提升超過12倍。

研究團隊通過原位表征技術揭示了DDLA體系的離子傳輸機制：LiF外層提供機械穩(wěn)定性，Li?CO?層作為快速離子通道，Li?N界面層則促進氮氣吸附活化。這種協(xié)同效應使鋰離子遷移數(shù)從0.3提升至0.89，為高電流密度下的穩(wěn)定運行奠定基礎。該成果不僅解決了鋰介導合成氨的產(chǎn)業(yè)化難題，其界面設計原理還可推廣至金屬空氣電池、固態(tài)電解質等新能源領域。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目資助，通過多學科交叉創(chuàng)新實現(xiàn)了基礎研究到應用技術的跨越。論文中構建的離子傳輸模型與實驗數(shù)據(jù)，為電化學固氮領域提供了重要的理論參考和技術范式。