发布时间：2026-02-17阅读量：0
2026年2月13日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心李俊团队在国际顶级学术期刊《科学》（Science）在线发表重大研究成果，成功突破锂介导氮气电化学还原技术长期存在的瓶颈，创新性设计分层结构固体电解质界面层（SEI），将离子传输效率提升100倍，实现了常温常压、高电流密度、98%法拉第效率的稳定制氨。这一突破彻底打破了传统合成氨技术的局限，为全球氨产业低碳转型提供了颠覆性路径，对保障粮食安全、推动“双碳”目标实现具有里程碑意义。
氨是现代农业与工业体系的核心基础原料，作为氮肥的主要成分，其生产直接关系到全球粮食供应——据统计，全球约38亿人的生存依赖合成氨制成的氮肥，而工业领域中，氨还广泛应用于硝酸、聚氨酯等产品生产，以及新能源储能等新兴领域。长期以来，全球合成氨产业始终依赖百年前发明的哈伯-博施工艺，这一工艺虽支撑了全球粮食增产与工业发展，却存在难以克服的高碳与高耗能弊端。
传统哈伯-博施工艺需在400至500摄氏度高温、10至30兆帕高压的苛刻条件下运行，不仅要消耗全球2%左右的能源和3至5%的天然气，每生产一吨氨还会直接排放2.6至2.9吨二氧化碳，全球合成氨产业每年直接碳排放达4.7至5.3亿吨，同时长途运输还会产生额外间接排放，成为化工领域实现碳减排的“硬骨头”。此外，该工艺的集中化生产模式还导致化肥价格不均衡，发展中国家面临更高的进口成本，加剧了全球粮食安全的区域失衡。
为破解这一全球性难题，学术界长期聚焦锂介导氮气电化学还原技术，有望实现常温常压下的绿色制氨，但该技术始终受困于SEI层离子传导率低、去溶剂化能垒高的核心瓶颈，导致制氨效率低、无法连续稳定运行，难以规模化应用。此前，传统电解体系在电流密度超过8毫安/平方厘米时，就会因SEI层锂离子耗尽导致反应界面急剧收缩，析氢副反应加剧，法拉第效率难以提升，成为制约技术落地的关键。
上海科研团队针对性发力，创新性设计出功能分层的混合SEI结构，如同为电极穿上“多功能防护衣”，构建起“去溶剂化-传输-催化”的级联调控机制。该分层结构由外层LiF层、中间层Li₂CO₃离子传导通道和内层Li₃N界面层组成，外层通过低离子结合能加速锂离子去溶剂化，中间层搭建三维离子渗透网络提升传输效率，内层提供特异性反应活性位点，三者协同作用将离子传输效率提升100倍，彻底解决了高电流密度下离子传输受阻的难题。
经实验验证，该技术在常温常压、连续流条件下，可实现每平方厘米100毫安的高电流密度，制氨法拉第效率高达98%、能量效率达21%，且能稳定运行50小时，各项核心指标均达到规模化应用要求。与传统哈伯-博施工艺相比，该技术无需高温高压设备，可依托太阳能、风能等可再生能源实现分布式生产，从源头杜绝化石能源消耗与碳排放，若全面推广，预计可大幅降低全球化肥与工业氨生产的碳足迹，为全球“双碳”目标推进提供重要支撑。
业内专家指出，这一技术突破不仅重塑了合成氨产业的发展格局，还具有广泛的延伸价值，其核心的离子传输调控技术，还可应用于金属空气电池、固态电解质电池等新能源器件开发，带动多个领域的技术革新。同时，分布式生产模式可实现氨的就地生产、就地使用，大幅降低运输成本，尤其适合偏远地区与农业产区，既能保障化肥供应，也能推动发展中国家农业低碳转型，助力全球粮食安全与生态安全协同发展。
此次上海科研团队的突破，彰显了中国在电化学固氮领域的领先实力，也为我国化工产业低碳转型注入强劲动力。随着技术的进一步优化与产业化落地，绿色合成氨有望逐步替代传统高碳工艺，推动全球氨产业进入常温常压、低碳高效的新时代，为实现粮食安全、能源安全与生态安全的协同发展写下中国答卷。
