第一作者：Wesley Chang, Anukta Jain, Fateme Rezaie
通讯作者：Karthish Manthiram
本研究深入探讨了锂介导的氮气还原反应（LiNRR），这是一种在环境条件下生产氨气的电化学途径。研究依赖于催化固态电解质界面（SEI）的形成，这是一层由锂金属表面还原电解质分解形成的纳米级钝化层。
通过系统分析固态电解质界面内的观察到的化学物质和反应，总结了关键的发展动态，并强调了不同的电解质组成、电池设计和操作条件对氨选择性和速率的影响。
研究提供了氨法拉第效率（FE）高达99%的成果，以及在15 bar压力下高达1 A cm−2的速率。
图1：展示了LiNRR循环的示意图，包括溶液、固体和气体的表示，以及阴极和阳极反应的示意图。同时，介绍了LiNRR在单室批处理电池、平行板流动电池和气体扩散电极（GDE）流动电池中的进行方式。此外，图中还展示了在优化条件下LiNRR的氨FE数据。
图2：描述了在含LiBF4和乙醇的THF中进行LiNRR的反应网络。图中用橙色箭头表示质子循环，绿色箭头表示氮循环，灰色箭头表示锂循环。
图3：比较了不同电解质盐和电池形式因素下的氨选择性和速率。图中的标记颜色表示电池类型，形状表示电解质盐类型，大小表示氮气压力。图中展示了使用LiNTf2、LiBF4和LiClO4三种主要盐的已发表数据。
1. 研究揭示了催化固态电解质界面（SEI）的独特纳米结构环境，对产物选择性产生重要影响。
2. 实现了高达99%的氨法拉第效率（FE），并在15 bar压力下达到了1 A cm−2的高速率。
3. 通过改变电解质组成、电池设计和操作条件，研究提取了氨选择性和速率的趋势，为LiNRR的持续发展指明了方向。
4. 研究推动了对LiNRR中SEI化学和结构的深入理解，为未来的电池设计和系统工程提供了重要的基础。
高端表征-冷冻透射电镜：
在论文中，研究者用冷冻透射电镜（cryo-TEM）来揭示固态电解质界面（SEI）的纳米级结构。通过这种表征技术，研究人员观察到SEI中存在由电解质分解形成的无机和有机化合物。具体来说，当使用LiBF4电解质盐和THF溶剂时，cryo-TEM分析显示了与LiOH和LiF化合物相一致的晶格间距，表明这些化合物在SEI的结构中起到了重要作用。
此外，研究还发现，加入乙醇后，SEI中出现了更多的乙醇分解产物，这些产物具有更短的碳链和更多样化的含氧化合物，例如锂乙氧化物。这些观察结果对于深入理解SEI的形成机制和其在锂介导氮气还原反应中的作用至关重要。通过cryo-TEM技术的应用，研究人员能够更直观地理解SEI的组成和结构，为优化锂介导的氮气还原反应提供了重要的结构信息。
Wesley Chang, Anukta Jain, Fateme Rezaie, Karthish Manthiram. Lithium-mediated nitrogen reduction to ammonia via the catalytic solid–electrolyte interphase[J]. Nature Catalysis, 2024, 7: 231-241. DOI: 10.1038/s41929-024-01115-6
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