本网讯（记者 程媛媛）近日，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 efficiencyat 100 mA cm-2”的研究论文，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，这一新体系为绿氨规模化生产提供了颠覆性技术路径。

锂介导氮还原合成氨技术面临的核心挑战在于SEI层离子传导率低下，导致高电流密度下锂离子传输受阻。为突破这一瓶颈，研究团队创新性地设计了一种功能分层的混合SEI结构，该设计成功将锂离子通量提升两个数量级，在连续流反应体系中实现了100 mA cm-2的高电流密度下稳定运行。值得注意的是，传统电解体系在超过8 mA cm-2时就会因SEI层锂离子耗尽导致反应界面急剧收缩，而新型混合SEI结构有效维持了反应界面的稳定性，使电流-氨转化效率获得显著提升。这一突破为发展高效锂介导合成氨技术提供了关键材料设计策略。

 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

成功构建了去溶剂化-扩散层状架构（DDLA）的SEI后，研究团队通过冷冻透射电镜结合同步辐射表征技术，解析三层精密离子通道结构，首次确立“去溶剂化-传输-催化”级联调控新机制。这些发现不仅揭示了电极-电解质界面离子传输的级联调控机制，其分级离子传输机制也为设计下一代高效合成氨电极提供了明确的界面工程原则。

 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

此外，理论计算揭示DDLA在离子传输动力学上展现出独特优势：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。这一发现不仅解释了DDLA电极实现高离子电导率的本质原因，更确立了“去溶剂化-传输-催化”三级联机制在高效合成氨反应中的核心作用，这种协同稳定效应为设计高稳定性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，首次在常温常压100 mA cm-2电流密度下实现98%法拉第效率与21%能量效率（图2F），并具备50小时连续运行的稳定性（图2G），为发展可再生能源驱动的分布式合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领域，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导意义。

上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊副教授和苏州大学程涛教授为论文通讯作者。变革性分子前沿科学中心博士后张强、变革性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性分子前沿科学中心博士生刘鹏宇为论文第一作者。

“本研究是能源-化学-材料-催化多学科交叉的科研成果，得益于上海交大变革性分子前沿科学中心鼓励前沿研究、引导交叉创新的科研平台与学术生态。”李俊表示，论文最终获得审稿人“里程碑式突破”的高度评价，充分印证了团队聚焦前沿、协同创新的科研理念。这种多学科交叉的创新范式，不仅实现了从基础研究到技术突破的跨越，更为后续产业应用奠定了坚实基础。

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