在众多氨合成方法中，锂介导氮气还原（Li-NRR）策略是目前最有前景的电化学方法之一，可克服传统Haber–Bosch工艺的高能耗与CO2高排放的难题。然而，目前该策略所达到的电流密度无法满足工业级应用的需求。
针对这一挑战，近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院程涛教授与上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊副教授课题组合作，通过对固态电解质界面（SEI）的调控，在工业级电流密度（100 mA cm-2)下实现了高达98%氨法拉第效率，并在连续流电化学电池中以80%以上的法拉第效率稳定运行40小时。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和同步辐射X射线光谱分析确认SEI的原子结构，其主要组成为：内部Li3N层+中间Li2CO3层+外部LiF层。理论计算和实验表征表明，SEI结构在催化反应中起到了关键作用。其中，富含LiF的SEI外层能够增强锂离子的脱溶剂作用，富含Li2CO3的中间层能够显著提高锂离子的传导效率。理论计算进一步确认了Li+离子去溶剂化和在SEI迁移的原子机制。动力学模型表明，SEI中Li+的高效传导，是推动氮还原提高选择性的关键。因此，通过界面调控提高氮还原合成氨将是未来研究工作的重要方向。
上海交通大学变革性分子前沿科学中心博士后张强、访问博士生李华敏，苏州大学功能纳米与软物质研究院博士生于沛平和上海交通大学变革性分子前沿科学中心博士生刘鹏宇为论文第一作者。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功能纳米与软物质研究院程涛教授为论文通讯作者。本工作的完成得益于多个基金的资助，其中程涛教授课题组获得了纳米科技协同创新中心、国家自然科学基金（92472110和22173066）、以及江苏省自然科学基金(BK20230065)的支持。本研究结合双方优势，在实现常温常压高效固氮的同时，通过原子级机理模拟解析了界面传输本质。这一跨尺度研究为催化剂的理性设计提供了精准范式，有力地支撑了能源的可持续利用与碳中和目标。相关成果于2026年2月12日在线发表于Science期刊（DOI：10.1126/science.adw5462）。
图. 高离子传输SEI促进高效Li-NRR。
(A）连续流电解槽Li-NRR示意图；
（B)和（C）具有低离子传输能力和高离子传输能力的SEI上氨合成示意图。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw5462
文章题目：Enhanced Li-ion diffusion improves N2-to-NH3 current efficiency at 100 mA cm−2
作者信息：Qiang Zhang#（张强）, Huamin Li#（李华敏）, Peiping Yu#（于沛平）, Pengyu Liu#（刘鹏宇）, Ning Sun, Yiyan Wang, Chunlai Tu, Yiping Liu, Yan Wang, Xinyang Yue, Linlin Ma, Wen Wen, Jinyang Xu, Zhaofeng Liang, Jingyuan Ma, Fei Song, Zheng Liang, Hao Sun, Daishun Ling, Hongyan Liang, Feng Liu, Yongfeng Hu, Tao Cheng*（程涛）, Jun Li*（李俊）
责任编辑：郭佳