上海交通大学×苏州大学合作最新Science论文

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

120 年前的哈伯法合成氨（通过氮气和氢气合成氨的方法）彻底改变了化肥的生产方式，至今仍是合成氨的主要来源。然而，该方法需要苛刻的反应条件，化学家们仍在寻找能在更接近室温及常压条件下运行的方法。

电化学锂（Li）介导的氮气（N₂）还原，能够在环境温度和压力下实现氨（NH₃）的生产，为减少化工行业的碳排放提供了一条途径。然而，氨的生产率通常受到固体电解质界面（Solid Electrolyte Interphase，SEI）处锂离子脱溶和扩散缓慢的限制。

2026 年 2 月 12 日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队联合苏州大学功能纳米与软物质研究院程涛团队，在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Enhanced Li-ion diffusion improves N₂-to-NH₃ current efficiency at 100 mAcm⁻²的研究论文。

该研究通过对固态电解质界面（SEI）设计的优化，以增强此过程中锂离子的通量，从根本上解决了锂介导氮气还原法（Li-NRR）合成氨的核心动力学限制，在每平方厘米 100 毫安的电流密度下提高了整体性能，将合成氨从传统的高温高压、高碳排放的哈伯法合成氨，转向温和的、可再生的电化学驱动，是迈向绿色氨经济的重要一步。

在这项最新研究中，研究团队攻克了锂介导氮气还原法（Li-NRR）合成氨的一个关键瓶颈，实现了在常温常压下高效、稳定地生产（NH₃），为化工行业脱碳提供了一条有前景的技术路径。
传统方法的氨产率受限于锂离子在固体电解质界面（SEI） 中的去溶剂化过程缓慢扩散速率低。研究团队设计了一种全新的、分层的 SEI 结构，这个结构像精心设计的“高速通道”，包含两种功能层——低离子亲和力层，促进锂离子快速脱离溶剂分子的束缚（去溶剂化）；高离子电导率层：让去溶剂化的锂离子能够极速通过。
这种协同设计将锂离子通量提高了两个数量级（约 100 倍），为氮气（N₂）还原反应提供了充足的原料。
在特定的电解液（2M LiDFOB）中，该技术实现了——

• 高法拉第效率：98%（意味着几乎所有电流都用于生成氨，副反应极少）。
• 高电流密度：100 mA cm⁻²（表明反应速度非常快，具备工业化放大的潜力）。
• 高能源效率：21%
• 出色稳定性：能够持续 40 小时保持80%的法拉第效率。

这项工作通过巧妙的界面工程（SEI 设计）从根本上解决了 Li-NRR 的核心动力学限制，是迈向绿色氨经济的重要一步。将合成氨从传统的高温高压、高碳排放的哈伯法，转向温和的、可再生的电化学驱动，对于实现可持续发展目标具有重大意义。

论文链接：

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