中国电合成氨技术突破，登《科学》封面颠覆传统路径

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2026-02-13

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北京时间2026年2月13日，国际顶刊《科学》（Science）在线发表上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队研究论文，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。

传统哈伯-博施工艺合成氨依赖高温高压，即400-500°C、10-30兆帕（MPa），以及化石燃料，占据了全球约1%的CO2排放。在“双碳”目标背景下，锂介导的氮气电化学还原合成氨技术，为高效制氨提供了新路径，其核心挑战在于提升反应选择性与加速传质速率。

该过程存在高电流密度下反应界面收缩与析氢副反应加剧的问题，尽管通过优化电极设计和电解质配方取得进展，氨分电流密度仍被限制在8 mA cm-2。同时，高压间歇式电解虽能改善离子迁移，但系统能耗剧增，且能效仅3%，难以实现连续生产。电极表面固体电解质界面（SEI层）的锂离子传导能力与动态平衡机制缺失，已成为制约连续流锂介导合成氨技术发展的关键瓶颈。

李俊与学生在实验室。徐瑞哲摄

为突破这一瓶颈，交大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，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

此基础上，研究团队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

由此，我国研究人员为实现常温常压高效合成氨，开辟可再生能源驱动分布式制氨新路径。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，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，并具备50小时连续运行的稳定性，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。

李俊在张江高研院实验室工作。徐瑞哲摄

这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副教授李俊和苏州大学教授程涛为论文通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、化学生物协同物质创制全国重点实验室、教育部中央高校基本科研业务费专项资金以及上海市基础研究特区计划等项目支持。

李俊团队合影

“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。”李俊表示，这项研究是能源-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。这种创新范式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。

原标题：《世上头一回！中国搞定电合成氨全球难题，《科学》发表交大绿氨量产颠覆性路径》

题图来源：徐瑞哲摄图片来源：除署名外，资料照片

题图说明：李俊与学生在实验室。

来源：作者：解放日报徐瑞哲

来源:https://www.163.com/dy/article/KLL9B383055040N3.html

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