^1,2吳栢璋、^1,2侯嘉洪、^1,3劉雅瑄

1. 國立臺灣⼤學 新碳勘科技研究中⼼
2. 國立臺灣⼤學 環境⼯程學研究所
3. 國立臺灣⼤學 地質科學系暨研究所

在⾃然地下⽔環境中，砷的存在形態⾼
度取決於氧化還原電位與酸鹼值。在還原且
中性的條件下，砷主要以不帶電的三價砷
(As(III))形式存在。相較於帶負電荷的五價
砷(As(V))，As(III)的毒性更強、流動性更⾼
，成為地下⽔淨化的重⼤⼯程挑戰。
為尋求低碳永續的淨⽔⽅案，本研究團
隊投入電容去離⼦(Capacitive Deioniza
tion, CDI)技術的開發。CDI作為⼀種清淨且
節能的⽔處理技術，主要利⽤多孔性活性碳

電極，在施加微⼩電壓後，透過電吸附機制
來移除⽔中的帶電物種。然⽽，傳統的多孔
性活性碳電極在處理As(III)時⾯臨了嚴峻的
物理化學挑戰。在CDI系統中，帶負電荷的
As(V)容易受到陽極電場吸引，可透過電吸
附機制被有效去除。反觀As(III)，因其不帶
電⽽難以被吸附，導致活性碳對As(III)的電
吸附容量顯著低於As(V)。有趣的是，團隊
在評估純活性碳電極去除As(III)的實驗中，
於處理後的殘留溶液裡，分析偵測到了

As(V) 的存在。這項觀察意味著 As(III) 其實
可以在 CDI 的充電過程中，被原位電氧化為
As(V)。只是，中性且不帶電的 As(III) 對活
性碳表⾯的親和⼒極低，嚴重限制了充電步
驟中的轉化效率，導致整體的除砷效能無法
突破。
為解決此轉化效率低下的痛點，本團隊
於2023年⾸創以電沉積⽅法，將鈷氧化物
披覆於活性碳上，賦予電極催化活性。鈷作
為氧化還原中⼼，成功提升了 As(III) 的轉化
率。然⽽，單⼀⾦屬氧化物受限於表⾯活性
位點密度不⾜，以及電⼦傳遞動⼒學較慢等
限制，使整體系統遭遇效能瓶頸。為進⼀步
突破傳質與電⼦的微觀限制，團隊於2025年
導入鎳氧化物，成功開發出雙⾦屬鈷鎳氧化

物奈米複合電極。這項材料⼯程設計利⽤雙
⾦屬的協同效應，同步提升了系統的導電性
與電催化活性。X射線光電⼦能譜儀 (XPS)
與電化學分析證實，在充電過程中，電極表
⾯會啟動動態的氧化還原循環。⾼價態的
鈷 (Co(III)) 扮演主要氧化劑，直接將
As (III) 轉化為 As(V)。同時，鎳 (Ni(III)) 雖
不直接參與砷的氧化，卻扮演著關鍵的電⼦
傳遞促進的⾓⾊，加速固液界⾯的電荷轉移。
鎳持續協助鈷活性位點再⽣，維持穩定的
Co(II)/Co(III) 循環。當 As(III) 被⾼效轉化
為帶負電荷的 As(V) 後，便隨即受到陽極電
場吸引，被多孔性活性碳電極有效電吸附並
移除。

效能評估顯⽰，於pH 8條件下，鈷鎳雙
⾦屬電極的除砷容量達0.73 mg/g，且每莫
⽿砷的耗能僅需0.968 kWh/mol。其去除
速率與節能表現，皆顯著優於純活性碳與單
⼀⾦屬電極。此外，在模擬真實地下⽔的連
續流動測試中，雙⾦屬電極於多次充放電循
環下維持了穩定的結構耐久性，As(III) 的轉
換率更⾼達84%。總結⽽⾔，本研究透過精
準的材料設計，成功克服了 As(III) 轉化效率
受限的挑戰。此技術為偏遠地區或地下⽔井
的終端⽤⽔處理，提供了⼀項科學務實、清
淨節能且具永續性的除砷新⽅案。