近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院、精准智能化学全国重点实验室李少锋特任教授团队在《自然综述·化学》（Nature ReviewsChemistry）在线发表题为“Operando and multiscale insights into the solid electrolyte interphase in lithium-mediated nitrogen reduction”的综述文章。文章聚焦锂介导氮还原反应（Li-NRR）中的固体电解质界面（SEI），系统总结了SEI形成、动态演变及其功能，并提出融合工况/原位与多尺度非原位表征的研究框架，为深入理解和精准调控锂介导合成氨过程中的动态反应界面提供了新的思路。
氨是现代农业和化学工业的重要基础原料，也被认为是一种具有潜力的零碳能源载体。传统Haber-Bosch合成氨过程通常需要高温、高压条件，而锂介导氮还原反应可在常温常压下实现氮气活化和氨合成，是目前具有代表性的电化学合成氨路径之一。在这一过程中，电沉积形成的高活性金属锂会与电解液发生界面反应，在电极表面形成纳米尺度的SEI。SEI的组成、结构及动态演变直接影响Li+传输、N2输运、质子传递以及副反应过程，因此是决定合成氨活性、选择性和长期稳定性的关键界面。
然而，锂介导合成氨中的SEI通常只有纳米尺度厚度，同时具有组成复杂、空间非均一以及在反应过程中持续动态演变等特点，仅依赖单一表征手段难以完整揭示其真实结构和作用机制。针对这一挑战，该综述从时间和空间两个维度系统梳理了适用于Li-NRR界面研究的先进表征方法，重点讨论如何将工况/原位动态观测、多尺度结构分析与定量产物检测相结合，从而建立SEI结构、界面反应过程与合成氨性能之间的构效关系。
文章系统总结了掠入射X射线散射、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、中子反射以及工况电化学质谱等动态表征技术，并结合冷冻电子显微镜、飞行时间二次离子质谱、X射线光电子能谱及滴定分析等多尺度分析手段，讨论了不同技术在解析SEI组成、空间分布、动态演变以及反应产物来源等方面的优势与局限（图1和图2）。通过不同时间尺度和空间尺度表征手段的协同，可更加全面地揭示Li-NRR过程中SEI的形成与演变规律，并进一步理解其对反应选择性和稳定性的影响。
图1.锂介导合成氨中界面化学的工况/原位与多尺度表征
图2.锂介导合成氨中气相产物的工况检测与同位素示踪
文章进一步指出，未来Li-NRR界面研究需要由“观察和表征界面”逐步走向“理解并可预测地设计界面”。这需要发展具有更高时间和空间分辨率的工况表征技术，建立可量化、可比较的SEI结构与功能构效关系，并将界面化学与电解液、电极和反应器设计相结合，从而为高效、稳定及规模化的锂介导合成氨提供理论基础和研究工具。
中国科大硕士生石砾奇和北京化工大学博士生王震昊为论文的共同第一作者，中国科大李少锋特任教授、丹麦科技大学IbChorkendorff教授、中国科大/安徽工业大学曾杰教授、北京化工大学邱介山教授为共同通讯作者。李少锋特任教授团队长期围绕锂介导合成氨中的界面调控与连续流反应开展研究（Nature2024, 629, 92-97;Joule2022,6,2083-2101;Nature Energy2024,9,1344-1349）。该工作得到了国家自然科学基金和中国科学技术大学启动基金等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41570-026-00878-9
