上海交通大學×蘇州大學合作最新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條件，化學家們仍在尋找能在更接近室溫及常壓條件下運行的方法。

電化學鋰（Li）介導的氮氣（N?）還原，能夠在環境溫度和壓力下實現氨（NH?）的生產，為減少化工行業的碳排放提供了一條途徑。然而，氨的生產率通常受到固體電解質界面（Solid Electrolyte Interphase，SEI）處鋰離子脫溶和擴散緩慢的限制。

2026 年 2 月 12 日，上海交通大學變革性分子前沿科學中心李俊團隊聯合蘇州大學功能納米與軟物質研究院程濤團隊，在國際頂尖學術期刊Science上發表了題為：Enhanced Li-ion diffusion improves N?-to-NH? current efficiency at 100 mAcm?2的研究論文。

該研究通過對固態電解質界面（SEI）設計的優化，以增強此過程中鋰離子的通量，從根本上解決了鋰介導氮氣還原法（Li-NRR）合成氨的核心動力學限制，在每平方厘米 100 毫安的電流密度下提高了整體性能，將合成氨從傳統的高溫高壓、高碳排放的哈伯法合成氨，轉向溫和的、可再生的電化學驅動，是邁向綠色氨經濟的重要一步。

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

• 高法拉第效率：98%（意味著幾乎所有電流都用于生成氨，副反應極少）。
• 高電流密度：100 mA cm?2（表明反應速度非常快，具備工業化放大的潛力）。
• 高能源效率：21%
• 出色穩定性：能夠持續 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 設計）從根本上解決了 Li-NRR 的核心動力學限制，是邁向綠色氨經濟的重要一步。將合成氨從傳統的高溫高壓、高碳排放的哈伯法，轉向溫和的、可再生的電化學驅動，對于實現可持續發展目標具有重大意義。

論文鏈接：

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