上海交通大学变革分子前沿科学中心李俊团队的新成果在顶刊《科学》上在线发表。研究团队次报道了在常温常压连续流条件下，100 mA cm-2电流密度和21能的稳定电成氨新体系。这成果，为绿氨规模化生产提供了颠覆技术路径。

传统哈伯-博施工艺成氨依赖温压（400-500°C、10-30 MPa）和化石燃料，占据了全球约1的CO2排放。在“双碳”目标背景下，锂介氮气电化学成氨技术为制氨提供了新路径，其核心挑战在于提升反应选择与加速传质速率。

该过程依赖电表面固体电解质界面（SEI）层调控锂离子传输，但现有SEI层存在离子传率低、去溶剂化能垒等缺陷，致电流密度下反应界面收缩与析氢反应加剧。尽管通过优化电设计和电解质取得进展，氨分电流密度仍被限制在8 mA cm-2。压间歇式电解虽能离子迁移，但系统能耗剧增且能仅3，难以实现连续生产。SEI层锂离子传能力与动态平衡机制的缺失，已成为制约连续流锂介成氨技术发展的关键瓶颈。

原创突破，创制离子分传输界面

锂介氮成氨技术面临的核心挑战在于：SEI层离子传率低下，致电流密度下锂离子传输受阻。为突破这瓶颈，研究团队创新地设计了种分层的混SEI结构：通过构建具有低离子结能的外层促进锂离子去溶剂化，同时在富含离子传域的内层实现锂离子传输。该设计成功将锂离子通量提升两个数量，在连续流反应体系中实现了100 mA cm-2的电流密度下稳定运行。

值得注意的是昌江pvc排水管专用胶水，传统电解体系在过8 mA cm-2时就会因SEI层锂离子耗尽致反应界面急剧收缩，而新型混SEI结构有维持了反应界面的稳定，使电流-氨转化率获得显著提升。这突破为发展锂介成氨技术提供了关键材料设计策略。

图1. 锂介氮气电体系及其不同固体电解质界面（SEI）膜的离子传输模型分析

解析三层精密离子通道结构，次确立"去溶剂化-传输-催化"联调控新机制

研究团队成功构建了去溶剂化-扩散层状架构（DDLA）的SEI后，又通过冷冻透射电镜结同步辐射表征技术，解析出该DDLA由三层精确排布的机相构成：外层为LiF层、中间层为Li2CO3离子传通道以及内层为与阴接触的Li3N界面层（晶面间距分别为2.00 Å、2.85 Å和3.13 Å）。

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结构度分析发现，万能胶厂家DDLA中LiF表层通过低结能特加速锂离子去溶剂化，而Li2CO3中间层则形成三维离子渗透网络。同步辐射X射线光谱证实，这种层次化结构在10-20纳米尺度上建立了连续的离子传输梯度。特别值得注意的是，DDLA内部发现的对称分布的Li3N晶畴与电解液界面形成分子接触，为氮气提供了特异活位点。该结构特征解释了DDLA电在电流密度下实现锂介氮成氨的原理——Li2CO3通道将锂离子通量提升至常规均质SEI体系的100倍，同时LiF/Li3N异质界面显著抑制了析氢反应。这些发现不仅揭示了电-电解质界面离子传输的联调控机制，其分离子传输机制也为设计下代成氨电提供了明确的界面工程原则。

实现常温常压成氨，开辟可再生能源驱动分布式制氨新路径

此外，理论计揭示DDLA在离子传输动力学上展现出特优势：其表面LiF层通过0.67 eV的低去溶剂化能促进锂离子释放，而Li2CO3中间层仅需克服0.60 eV的迁移能垒，相较常规均质SEI体系（去溶剂化能垒0.73 eV，迁移能垒1.07 eV）具有显著动力学优势。这发现不仅解释了DDLA电实现离子电率的本质原因，确立了"去溶剂化-传输-催化"三联机制在成氨反应中的核心作用，这种协同稳定应为设计稳定电解界面提供了新范式。

本研究通过流动电解池系统验证了理论预测，次在常温常压100 mA cm-2电流密度下实现98法拉率与21能量率，并具备50小时连续运行的稳定，为发展可再生能源驱动的分布式成氨技术奠定了理论和实验基础。这些发现不仅适用于电化学固氮域，其揭示的离子传输调控机制对金属空气电池、固态电解质电池等新能源器件开发同样具有指意义。

上海交通大学变革分子前沿科学中心李俊教授和苏州大学程涛教授为论文通讯作者。变革分子前沿科学中心博士后张强、变革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分子前沿科学中心博士生刘鹏宇为论文作者。该工作得到国研发计划、国自然科学基金、化学生物协同物质创制全国实验室、教育部中央校基本科研业务费项资金以及上海市基础研究特区计划等项目支持。

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