北京
2 月 13 日，今日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队在 《科学》（Science）上在线发表题为“Enhanced Li-ion diffusion improves N2-to-NH3 current efficiency at 100 mA cm-2”研究论文。研究团队首次报道了在常温常压连续流条件下 100 mA cm-2高电流密度和 21% 高能效的稳定电合成氨新体系，为绿氨规模化生产提供了颠覆性技术路径。
▲ 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
传统哈伯 - 博施法合成氨需高温高压且依赖化石能源，碳排放巨大。锂介导电化学还原制氨是绿色替代方案，但长期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，高压间歇电解能效也仅 3%。
针对这一瓶颈，团队创新性构建功能分层混合SEI 结构（DDLA），实现锂离子传输效率提升两个数量级。该多层级界面由 LiF 外层、Li₂CO₃离子传导层与 Li₃N界面层精准组成，大幅降低锂离子去溶剂化与迁移能垒，显著抑制析氢副反应，从原理上突破高电流密度下的界面稳定性难题。
DDLA 体系表征及应用于连续流锂金属介导合成氨体系的性能
实验证实，新体系在 100 mA cm⁻² 下实现98% 法拉第效率、21% 能量效率，并可稳定运行 50 小时，标志着锂介导电合成氨向工业化、连续化生产迈出关键一步。相关界面设计与离子传输机制，对电化学固氮、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。
该研究由上海交大李俊副教授与苏州大学程涛教授为通讯作者，张强、李华敏、于沛平、刘鹏宇为共同第一作者，得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项项目支持。
本文源自：IT之家
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