近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队在国际顶尖期刊《科学》在线发表重要研究成果，首次在常温常压连续流条件下，实现100 mA cm⁻²高电流密度、21%高能效的稳定电合成氨，为绿氨规模化生产提供了颠覆性技术路径。   

传统合成氨采用哈伯—博施工艺，依赖高温高压与化石能源，能耗高、碳排放大，约占全球二氧化碳总排放量的1%。在“双碳”目标下，锂介导氮气电化学还原技术成为高效、低碳制氨的重要方向。但这一技术长期存在核心瓶颈：电极表面固体电解质界面（solid electrolyte interface,  SEI）锂离子传导能力不足，离子传导率低、去溶剂化能垒高，在高电流密度下极易出现反应界面收缩、析氢副反应严重等问题。   此前，国际上氨分电流密度大多被限制在8 mA cm⁻²以下。高压间歇式电解虽可小幅提升电流，但系统能耗大幅增加，能量效率仅3%，无法连续稳定生产，难以走向工业化应用。SEI层锂离子传输与动态平衡机制的缺失，已成为制约连续流锂介导合成氨技术发展的关键难题。   

针对这一世界性挑战，李俊团队创新性提出功能分层混合SEI结构，构建出“去溶剂化—扩散层状架构（DDLA）”，从界面设计上突破离子传输限制。团队通过外层结构降低锂离子去溶剂化能垒，内层构建高效离子传导通道，将锂离子通量提升约2个数量级，成功在连续流体系中实现100 mA cm⁻²高电流密度稳定运行。   借助冷冻透射电镜与同步辐射表征技术，团队首次精确解析出DDLA的3层精细结构：最外层为LiF层，中间层为Li₂CO₃离子传导通道，最内层为与阴极接触的Li₃N界面层。各层在纳米尺度上有序排布，形成连续的离子传输梯度。其中，LiF表层加速锂离子脱溶剂化，Li₂CO₃中间层形成高效三维离子网络、Li₃N晶畴则为氮气还原提供特异性催化位点。   

理论计算进一步证实，DDLA架构在动力学上优势显著：锂离子去溶剂化能垒仅0.67eV，迁移能垒仅0.60eV，远优于传统均质SEI体系。该研究确立了“去溶剂化—传输—催化”三级联协同机制，既大幅提升离子传导能力，又有效抑制析氢副反应，为高稳定电解界面设计提供了全新范式。   

依托这一创新界面，团队在常温常压流动电解池系统中实现重大突破：在100 mA cm⁻²高电流密度下，法拉第效率达98%，能量效率达21%，可连续稳定运行50h。这一成果大幅刷新锂介导合成氨的性能纪录，为可再生能源驱动的分布式、低碳化绿氨生产奠定了关键理论与实验基础。   

该成果不仅适用于电化学固氮与绿氨合成，其揭示的界面离子传输调控机制，对金属空气电池、固态电池等新一代新能源器件的研发同样具有重要指导意义。   

上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊副教授和苏州大学程涛教授为论文共同通讯作者。上海交通大学变革性分子前沿科学中心博士后张强、变革性分子前沿科学中心访问博士生李华敏、苏州大学博士生于沛平和变革性分子前沿科学中心博士生刘鹏宇为论文共同第一作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、化学生物协同物质创制全国重点实验室、教育部中央高校基本科研业务费专项资金以及上海市基础研究特区计划等项目支持。此外，还得到了变革性分子前沿科学中心、化学化工学院、二氧化碳光子科学研究中心和上海同步辐射光源的大力支持。

（来源：上海市科学技术协会网站）