香港城市大学王健教授团队 Nat Commun： 复杂掺杂钴氧化物电极，实现工业级电流密度和温度下电解水可持续运行

第一作者：王宏圣，雷佳，吴佳舜，史言

通讯作者：王健*、王振斌*、闫常峰*、孔慧*

单位：香港城市大学，中国科学院广州能源研究所，北京理工大学

近日，香港城市大学的王健教授团队与城大王振斌教授，中国科学院广州能源研究所闫常峰研究员和北京理工大学孔慧副教授合作，在国际知名期刊Nat Commun上发表题为“Sustainable water oxidation enabled by a complex-doped cobalt oxide electrode”的研究文章。该文章提出一种Ni–Fe–Pd 复杂共掺杂策略，显著抑制 LiCoO₂ 在 OER 过程中的深度重构，实现超过 2000 小时的稳定运行。在 AEM 电解槽中，该材料性能甚至超越商用 RuO₂，为钴基催化剂的工业化应用提供了新范式。

通过系统筛选 35 种掺杂体系，作者发现 Ni–Fe–Pd 三元协同掺杂显著优于单掺和双掺策略。优化后的 LiCo_0.79Ni_0.1Fe_0.1Pd_0.01O₂ 在宽温区和高电流密度下均表现出低过电位与快速动力学，整体 OER 活性超越商用 RuO₂，体现出明显的非线性协同效应。

多元素掺杂提高了材料初始 Co 价态并增加进一步氧化的能垒，显著降低 OER 过程中 Li 脱嵌与 Co 深度氧化程度。相比未掺杂 LCO，三元掺杂样品仅形成薄层、稳定的尖晶石型重构相，从而避免结构崩塌与元素流失，实现超过 2000 小时的持续稳定运行。

Ni 与 Fe 协同调控 Co 位点电子结构，显著降低 OER 反应能垒；Pd 的引入进一步改善电子导电性并优化表面吸附行为。多重掺杂同步提升电荷传输效率、气泡脱附能力与界面润湿性，从动力学与传质两个层面降低整体过电位。

该工作在 AEM 电解槽中验证了材料在高电流密度下的长期稳定性与高效率，证明钴基氧化物具备替代贵金属阳极的现实潜力。所提出的“可控重构 + 多元素协同掺杂”策略为今后设计面向工业工况的高性能 OER 电极提供了可推广的新思路。

Sustainable water oxidation enabled by a complex-doped cobalt oxide electrode

王健教授本科毕业于西安交通大学能动专业，博士毕业于香港科技大学机械工程专业并于美国西北大学麦考密克工学院联合培养。目前发表期刊论文100余篇, 总引用7900余次， H 因子46。其中以第一/通讯作者身份发表期刊论文40余篇，包括Nature Catalysis、Nature Energy、Nature Communications、Energy& Environmental Science、 Chem、 Advanced Materials、 ACS Energy Letters、 Applied Energy等。以主要项目负责人身份主持包括国家自然科学基金委、香港教研资助局、香港创新科技署、韩国自然科学基金委、广东省科技厅、四川省科技厅等项目，累计经费超过2千人民币。申请美国专利 5项。受邀在国际、国内会议上做报告30余次，获2025 ICANX 青年科学家奖，入选Stanford大学能源领域全球top 2%终身科学家名单。

王健教授领导的DEEP (Dynamic Electrochemical Energy Process) 课题组致力于电化学能源转换过程中的动态机制研究，围绕电化学能源器件中的多尺度传递过程，系统开展了从机理研究到材料器件优化的创新工作。通过发展多尺度原位表征技术与数学模型相结合的方法，DEEP课题组深入揭示了载能子传递、电极动态演变与器件性能之间的内在关联，并在离子电池、燃料电池及电解水等领域实现了多项性能突破。

目前课题组处于扩张阶段，愿招纳有志之士，同心同德，开展有影响力的能源研究.详情请见课题组网站：https://www.echem-energy.com/。希望我们一起做点有意义的研究，相互成就！欢迎有科研追求的有志青年加入，也欢迎基于共同兴趣的合作。