家人们！今天要给大家带来一个重磅科研好消息 —— 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》（Science）上在线发表了一项突破性研究，首次在常温常压连续流条件下实现了 100 mA cm⁻² 高电流密度和 21% 高能效的稳定电合成氨新体系，为绿氨的规模化生产提供了颠覆性的技术路径！
传统的哈伯 — 博施法合成氨技术已经沿用了百年，但它需要在高温高压条件下进行，并且高度依赖化石能源，每生产 1 吨氨就会排放约 1.9 吨二氧化碳，碳排放巨大，不符合当下双碳目标的发展需求。
而锂介导的电化学还原制氨技术，是一种极具潜力的绿色替代方案，它可以在常温常压下进行，并且可以利用可再生能源发电来驱动，实现绿氨的生产。
但长期以来，这项技术受限于电极表面固体电解质界面（SEI）离子传导差、高电流下易失效等问题，氨分电流密度长期停留在 8 mA cm⁻² 以下，高压间歇电解的能效也仅为 3%，无法实现规模化生产。
针对这一瓶颈，李俊团队跳出了传统均质 SEI 的设计思路，创新性地构建了一种功能分层的混合 SEI 结构 —— 去溶剂化 - 扩散层状架构（DDLA）。
这一结构由三层无机相精确排布而成：最外层的 LiF 负责加速锂离子脱离溶剂分子的束缚（去溶剂化），中间层的 Li₂CO₃形成三维离子渗透网络，承担高效传输通道，最内层的 Li₃N 则与阴极接触，为氮气还原提供特异性活性位点。
在这项研究中，团队用到了多种先进的科研仪器来实现这一突破：
1. 冷冻透射电镜：用于解析 DDLA 结构的微观形貌和组成，清晰地观察到了 LiF 外层、Li₂CO₃离子传导层与 Li₃N 界面层的精准排布，为结构设计提供了直观的微观证据。
2. 原位核磁共振（NMR）池：搭配恒电位仪，用于追踪锂沉积 / 腐蚀等电化学反应步骤，实时监测电合成氨过程中的离子传输和反应变化，帮助团队理解离子传输的机制。
3. 连续流电解池系统：在常温常压连续流条件下进行实验验证，这一系统可以实现连续的反应过程，为规模化生产提供了实验基础，最终在这一系统中实现了 100 mA cm⁻² 高电流密度下的稳定电合成氨。
4. 电化学工作站：用于测试体系的电化学性能，测定法拉第效率、能量效率等关键参数，验证了新体系在 100 mA cm⁻² 下实现 98% 法拉第效率、21% 能量效率的优异性能。
实验证实，新体系在 100 mA cm⁻² 的高电流密度下，实现了 98% 的法拉第效率和 21% 的能量效率，并且可以稳定运行 50 小时，这标志着锂介导电合成氨向工业化、连续化生产迈出了关键一步。
锂介导氮气电还原体系及其不同固体电解质界面（SEI）膜的离子传输模型分析。
这一突破将氨分电流密度从之前的 8 mA cm⁻² 提升到了 100 mA cm⁻²，提升了 12.5 倍，能量效率也从 3% 提升到了 21%，提升了 7 倍，是电合成氨领域的里程碑式进展。
相关界面设计与离子传输机制，不仅对电化学固氮领域具有重要意义，还对金属空气电池、固态电池等新能源领域均具有重要参考价值，为这些领域的界面设计和离子传输问题提供了新的解决思路。
这项研究的突破，让我们看到了绿氨规模化生产的曙光，未来有望替代传统的哈伯 — 博施法，实现绿色、低碳的氨生产，为双碳目标的实现提供有力的技术支撑！
_20251107170133A123.jpg)
