传统哈伯-博施工艺合成氨依赖高温高压（400-500°C、10-30 MPa）和化石燃料，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。该过程依赖电极表面固体电解质界面（SEI）层调控锂离子传输，但现有SEI层存在离子传导率低、去溶剂化能垒高等缺陷，导致高电流密度下反应界面收缩与析氢副反应加剧。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。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。SEI层锂离子传导能力不足，是制约锂介导连续流电合成氨技术的核心瓶颈。该问题在高电流密度下尤为突出，导致锂离子传输动力学受限，难以实现高效连续合成。近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队创新性地设计了一种功能分层的混合SEI结构：通过构建具有低离子结合能的外层促进锂离子去溶剂化，同时在富含离子传导域的内层实现高效锂离子传输。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。相关突破性成果在 《科学》（Science ,2026, 391, 724-729）上发表：Enhanced Li-ion diffusion improves N₂-to-NH₃ current efficiency at 100 mA cm^-2.

研究团队通过冷冻透射电镜结合同步辐射表征技术，解析出该DDLA由三层精确排布的无机相构成（图A-B）：最外层为LiF层、中间层为Li₂CO₃离子传导通道以及最内层为与阴极接触的Li₃N界面层（晶面间距分别为2.00 Å、2.85 Å和3.13 Å）。结构深度分析发现，DDLA中LiF表层通过低结合能特性加速锂离子去溶剂化，而Li₂CO₃中间层则形成三维离子渗透网络。基于同步辐射的宽能区HAXPES证实（图D）：这种层次化结构在10-20纳米尺度上建立了连续的离子传输梯度。特别值得注意的是，DDLA内部发现的对称分布的Li₃N晶畴与电解液界面形成分子级接触，为氮气还原提供了特异性活性位点。该结构特征解释了DDLA电极在高电流密度下实现高效锂介导氮还原合成氨的原理——Li₂CO₃通道将锂离子通量提升至常规均质SEI体系的100倍，同时LiF/ Li₂CO₃/Li₃N异质界面显著抑制了析氢副反应。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。

本项研究得到了上海光源BL20U合支站HAXPES方法和BL14B线站XRD方法的大力支持，以及宋飞、马静远、梁兆峰和文闻等线站科学家的全力协助。HAXPES方法是基于上海光源E-line宽能区X射线发展的逐原子层分辨的、具有深度分析的XPS方法，为国内首个高分辨、宽能区的同步辐射XPS平台，覆盖光子能量范围100-10000 eV，可对表面、界面、埋层以及体相的原子、电子结构在原位条件下（固气、准固液、充放电）进行实时探测，为解决物理、化学、能源、环境等研究领域内的界面结构探测等关键科学问题提供了重要的方法学平台。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw5462