Redox Modulation and Diffusion Kinetics in Ni-Doped CuO: Insights from Quantum-Inspired Electrochemical Methods
Tsung-Te Lin, Shih-Lung Yu, Yi-En Wu, Hai Yen Thi Nguyen, Wei-Lun Li, Yun-Syuan Liang,
Kai-Hsun Lin, Ming-Kang Ho, Tsu-En Hsu, Krishtappa Manjunatha*, Yi-Ru Hsu, Wei-Che Lo,
Chia-Liang Cheng, B. Daruka Prasad, B. K. Monika, Hanumanthappa Nagabhushana,
Meng-Chu Chen*, and Sheng Yun Wu*
ACS Applied Materials & Interfaces 2026, 18, 24398–24418
國立臺東大學 應用科學系 陳孟炬副教授
國立東華大學 物理學系 吳勝允教授
高效率且穩定的電化學儲能材料，是發展下一代超級電容器與永續能源技術的重要關鍵。本研究由國家原子能科技研究院林聰得博士參與，並由國立臺東大學陳孟炬教授與國立東華大學吳勝允教授共同帶領研究團隊，以鎳摻雜氧化銅（Ni-doped CuO）奈米粒子為研究平台，探討微量鎳金屬摻雜如何調控氧化還原反應、離子擴散與偽電容行為。氧化銅具有低成本、環境友善與多重氧化態等優點，但其電荷傳輸與反應動力學仍有提升空間。本研究透過溶液燃燒法製備不同鎳含量之CuO奈米材料，並結合同步輻射X光繞射、Raman、XPS、SEM影像機械學習分析與多種電化學量測，系統性建立結構缺陷與電化學表現之關聯。結果顯示，適量鎳摻雜可引入局部晶格畸變與Ni2+/Ni3+氧化還原反應，增加表面可逆反應位點，並改善電荷轉移效率；其中約2–3%鎳含量可在表面控制偽電容與擴散控制反應之間取得較佳平衡。值得注意的是，本研究創新導入R2-window線性GCD放電分析、Kernel PCA、與一維Ising模型，將傳統電化學曲線轉化為可視化、可量化且具物理意義的動力學圖像，有效區分電容主導與擴散主導區域。此一跨域分析策略突破傳統電化學判讀的限制，為缺陷工程、資料驅動分析、與高效偽電容電極材料設計提供新的研究方法與應用方向。