研究面向质子陶瓷电化学电池在中低温下氧电极催化活性与稳定性不足的问题，设计了多元素微量掺杂策略，开发了BaCo_0.8(Zr_1/6Ti_1/6Zn_1/6In_1/6Cu_1/6Mo_1/6)_0.2O_3-δ氧电极材料，通过诱导离子排布的无序性增强最大化了电催化活性位点利用效率，同时降低了质子扩散能垒。X射线吸收近边结构与原位傅里叶变换红外光谱协同证实了增强的质子吸收能力，采用Ni-BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ支撑的单电池在600 °C下实现了1.56 W cm^-2的峰值功率密度和2.0 A cm^-2的电解电流密度，证明了该电极设计策略的优越性。除此以外，更均匀的离子结构消除了材料快速升降温过程中带来的静电排斥，实现了热驱动下的温和氧释放，在最大化电极活性的同时提高了氧电极的热-机械稳定性，将氧电极的热膨胀系数降低至17.67×10^-6K^-1，从而使电池在近800小时的连续运行中表现出可靠的稳定性，燃料电池模式和电解模式下的衰减率分别仅为19.3和16.9 μV h^-1。

该研究确立了通过微量多元素掺杂实现原子尺度成分均匀化作为陶瓷电极综合性能提升的改善策略，可将高功率密度、高效电解操作、优异的耐久性以及降低的工作温度需求相结合，为未来用于能量存储和转化器件的先进材料开发提供了范例。

该成果近期发表在Nature Communications期刊上，材料化学工程全国重点实验室/化工学院周嵬教授、苏州国家实验室周川、科廷大学邵宗平教授为共同通讯作者，文章第一作者为化工学院2023级博士生王潇宇。该工作获得国家自然科学基金和江苏省基础研究计划以及苏州国家实验室的支持。

作者：化工学院；审核：眭国荣、潘宜昌