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    合成錳摻雜硒化鎘團簇物負載碳材的鑑定
    (2023) 丁可彧; Ting, Ko-Yu
    本研究第一部份透過元素硒粉末代替價格昂貴的硒脲作為改良硒前驅物合成魔術尺寸硒化鎘奈米團簇物((CdSe)13 MSCs)，透過紫外光-可見光譜儀、X光粉末繞射、感應耦合電漿放射光譜、元素分析、紅外光譜、固態核磁共振光譜、DFT理論計算等，證實其同樣為(CdSe)13 MSCs，亦發現與原方法不同地方，替換前驅物後，表面配體由單純胺基組成胺基與醋酸根共配位，並由DFT計算出較大的放熱焓輔佐確認醋酸根增強了反應穩定性。之後皆引入具有未成對電子的二價錳離子以提供比對，透過X光粉末繞射、紫外光-可見光光譜、螢光光譜、感應耦合電漿放射光譜、X光吸收光譜延伸精細結構，得知硒粉合成具較高的錳有效摻雜(最高有效摻雜濃度可達13.5%)、放光強度。第二部份將錳摻雜(CdSe)13 MSCs之光學性質進行延伸，之後測量反射式光致發光光譜並在反覆填滿/阻隔大氣下測量放光性質之差異，揭示氧氣對錳放光進行暫時性干擾而下降，再除去氧氣後會上升，形成可逆的螢光猝滅趨勢，以探討磷光性質半導體對氣體傳感之應用可能。第三部份以氧化石墨烯作為生長模板，一來限制(CdSe)13 MSC均勻生長，二來使錳離子能夠有效分散，以X光粉末繞射、紫外光-可見光光譜得知透過螢光光譜、磷光半生期光譜、電子順磁共振光譜儀、電化學儀鑑定，得知將錳離子之光生載流子轉移至GO以抑制電子電洞複合(PL-lifetime、EIS)降低阻抗，導致螢光猝滅並且產生強電流響應，期望尋找半導體複合材料之應用可能性。
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    以中孔氧化石墨烯奈米粒子結合表面輔助雷射游離/脫附檢測精神活性物質
    (2023) 陳鴻博; Chen, Hong-Po
    本研究以中孔氧化石墨烯奈米粒子 (mesoporous graphene oxide nanoparticles, MGNs) 作為新型奈米基質，結合表面輔助雷射游離脫附 (surface-assisted laser desorption/ionization, SALDI) 技術檢測精神活性物質，提升表面質譜檢測之再現性及低荷質比區間 (m/z 100-500) 背景干擾問題。類似於中孔洞沸石奈米粒子 (MZNs) 具有高比表面積 (>900 m2/g) 及孔洞 (5-6 nm) 之高孔容 (≈1 mL/g) 具有優異的吸附藥物能力，MGNs表面因具有氧化石墨烯的強吸光性 (200-900 nm) 及近紅外放光 (1000-2500 nm) 特性，具有優異的光熱轉換效率提供精神活性物質游離/脫附之能量。對照兩種有機酸-基質龍膽酸 (2,5-Dihydroxybenzoic acid, DHB) 、α-氰基-4-羥基肉桂酸 (α-cyano-4-hydroxycinnamic acid, α-CHCA) 和商業化氧化石墨烯 (GO) 檢測精神活性物質的質譜結果，MGNs偵測濃度已達到法規濃度 (50 ppb) 等級且具有更低的背景訊號，且對於真實樣品之定量誤差值小於10%。此外，透過結合自動化技術分離尿液與咖啡包檢體，有望達到即時輔助臨床檢測進行毒癮即時檢測及防治。
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    以化學氣相沉積法合成負載於中孔洞之鈣鈦礦材料應用於光催化二氧化碳還原
    (2023) 陳睿彣; Chen, Jui-Wen
    本研究以化學氣相沉積法結合中孔洞及碳材，在高溫反應 (700-900°C)下及不同反應時間(10-90 分鐘)，將具有空氣及水氣敏感之鈣鈦礦結構附載於中孔洞材料中，並調控生長CsPbBr3/Cs4PbBr6異質結構，並且研究空氣及抽真空對於異質結構發光之影響。為避免孔洞外生長所造成鈣鈦礦氧化、水解等副反應，本研究利用高溫裂解界面活性劑或乙烯氣體以生長表面碳材(2.5-5 mmol/g SiO2)，不僅將鈣鈦礦前驅物有效沉積，並同步生長及保護鈣鈦礦奈米粒子，經由X光繞射實驗及謝樂擬合經驗式證實奈米粒子 (<2 nm)包覆於複合材料中。此複合材料經由紫光 (405 nm)照射後，原鈣鈦礦螢光強度粹滅18倍，顯示其具有電荷分離效果。 在二氧化碳還原實驗中，我們利用即時反應偵測氫氣、甲烷及一氧化碳生成，同時優化二氧化碳流速 (10-50 sccm)對於殘留空氣及反應時間 (0-6小時)之影響，比較三種孔洞載體 (MZNs、Ar-MZNs、MGNs)在不同溫度 (700-900oC)負載鈣鈦礦材料進行二氧化碳還原反應。其中以乙烯裂解產生之MGNs在UV光(365 nm)下具有最佳的催化效率，其中氫氣、甲烷及一氧化碳的產生量較初始值提升13.3 %、14.7 %、10.0 %，此結果回應上述螢光淬滅之實驗結果，同時也說明氣相沉積法合成中孔洞-鈣鈦礦複合材料應用於光催化二氧化碳可行性。
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    一步驟常壓微電漿法合成氧化石墨烯包覆銀奈米粒子負載於中孔洞沸石材料以應用於小分子的表面增強拉曼檢測
    (2023) 賴玟均; Lai, Wen-Chun
    本研究以電漿法方式改善原先以化學法合成銀奈米粒子於孔洞上負載量低的問題，利用電漿形成高濃度活性自由基的存在下，幫助在同樣具有自由基的MZNs上還原銀奈米粒子，並促進了有機配子石墨烯化的發生，合成奈米銀-氧化石墨烯-沸石複合材料(Ag-GO@MZNs)。與過去使用化學法相比，銀的附載量有大於50倍的顯著提升(0.550 wt%29.20 wt%)，進而使藥物感測有低於100倍的檢測濃度(25000 ppm250 ppm)。電漿法具有簡單合成的的優勢，省去過去實驗室先以化學氣相沉積法在高溫（825°С）氬氣環境下裂解乙烯生成氧化石墨烯後，再以還原劑合成銀奈米粒子，電漿法以一步驟同時生長氧化石墨烯包覆銀奈米粒子。目前已成功應用於咖啡包中主要的毒品成分檢測，可測得10 ppm 下的mephedrone，未來將積極投入結合自動化技術分離尿液中濫用藥物同時作SERS偵測，作為第一現場藥物檢測應用。
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    兩性共聚物：合成以及對水泥砂漿中氧化石墨烯分散性之影響
    (2022) 郭景隆; Guo, Jing-Long
    本篇論文的研究主要為合成出一種羧酸系兩性離子型共聚物PD (單(5-氨基-2-(1-(2-((羧甲基)二甲基氨基)乙氧基)-1-氧代丙烷-2-基)-4-甲基-5-氧代戊酸酯)二鈉)，用來改善氧化石墨烯在水泥砂漿中的分散，提升試體的抗壓強度。實驗過程中使用馬來酸酐和DMEA(N,N-二甲基乙醇胺)合成DME(二甲基胺乙基氧羰基丙烯酸)，然後再與氯丁酸鈉鹽反應得到單體DCA(N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)乙酸鈉)，最後使用過硫酸銨為起始劑，與不同比例的丙烯醯胺(AM)經由自由基聚合反應合成得到共聚物PD，經由FTIR和1H-NMR光譜鑑定共聚物的分子結構，並以GPC/SEC測得其分子量。另外，使用modified Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯(GO)。將PD加入含GOA的人工孔隙溶液中，透過沉降體積試驗、黏度實驗、粒徑分布與界達電位的測試，探討PD對於GO在人工孔隙溶液中的分散效果。測試結果顯示， GO在人工孔隙溶液中的沉降時間隨著PD之AM/DCA比例的增加，呈現先增後減的趨勢。其中PD在AM/DCA=5時有最長的沉降時間；此外，GO在溶液中的沉降時間隨著PD分子量的上升或添加量的增加，呈現先增後減之趨勢。其中以添加10wt% PD15b時，GO在溶液中的沉降時間為最長，達到45小時，此時溶液的黏度為最低(3.08 mPa‧s)，溶液中GO的D50粒徑為最小、界達電位之負值為最大，分別為127 nm和-25.5 mV，亦即在所合成的共聚物中以PD15b(AM/DCA=5, M̅n=1.8×104)對於氧化石墨烯在孔隙溶液中有最好的分散效果。將PD15b加入含GOA的水泥砂漿中，進行抗壓強度測試，發現添加10wt% PD15b與0.05wt% GOA的砂漿試體，在28天的抗壓強度為34.6 MPa，與未添加GOA、共聚物的控制組相比提升了52.4%。
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    還原氧化石墨烯奈米複合材料之製備與化學偵測
    (2021) 蔡孟憲; Tsai, Meng-Shian
    為因應目前感測器低成本、微小化、便於攜帶、穿戴式以及可即時監控的發展趨勢，本研究開發一系列簡易且低成本之方式合成還原氧化石墨烯 (reduced graphene oxide, RGO) 為主體的奈米複合材料，在氧化石墨烯結合有機或無機材料並與觸媒奈米粒子綴合的反應過程中，同時將其進行還原，以一步化合成多元還原氧化石墨烯奈米複合材料，並探討這些複合材料於感測方面之相關應用。 依所合成之石墨烯複合材料以及分析物的不同，研究之內容可分為三大部份，第一為應用石墨烯所具有的電催化特性以及表面高活性位點，製備為可同時檢測苯二酚同分異構物之電化學感測器，第二及第三部分則是透過石墨烯本身的高機械強度以及高導電性，發展為可撓性濕度感測元件以及高靈敏性的NH3感測元件。 第一部分的實驗設計是利用多元醇法 (polyol synthesis) 結合有機金屬裂解法 (Metal Organic Decomposition, MOD)，以簡易且低成本的方式一步化合成金奈米粒子/還原型氧化石墨烯/三氧化鎢 (AuNPs/RGO/WO3) 三元奈米複合材料，並將此材料製備為AuNPs/RGO/WO/GCE電化學感測元件，提供了能有效區別並快速檢測hydroquinone (HQ) 以及catechol (CC) 混合樣品之感測平台。材料中RGO與AuNPs的高導電性與電催化活性，能顯著提升以Cyclic Voltammetry (CV)和Differential Pulse Voltammetry (DPV) 檢測HQ以及CC之靈敏度與選擇性，且提供新的電子傳導途徑，有效地改變材料中電子之傳遞能力，進一步增進元件的感測特性，而在真實環境下檢測HQ和CC，此元件依然具備良好的定性與定量之能力，其RSD分別為85%~111%和89%~119%，證實開發此感測材料對於HQ以及CC之實際檢測具有一定的應用價值。 而實驗第二部分為利用高分子單體化學氧化聚合為導電高分子而同時進行還原作用的方式，設計出Pt/polythiophene/RGO阻抗式濕度感測元件，此感測元件以RGO和polythiophene所具有高比表面積、高導電性以及Pt粒子所提供的電子傳導路徑等性質，將有效提高對於濕度之感測特性，此外藉由RGO具有高機械強度以及高可撓之特性，所製備之感測元件可撓性極佳，對於發展為穿戴式感測材料有極大之潛力。 第三部分為以簡易且一步化之方式合成Au/polythiophene/RGO、Ag/polythiophene/RGO、Pd/polythiophene/RGO以及Pt/polythiophene/RGO奈米複合材料並應用於NH3氣體之檢測，探討不同金屬觸媒前驅物對於材料整體合成之影響，並分析這些奈米複合材料對NH3感測之差異性，由特性分析結果可知， Au/polythiophene/RGO及Ag/polythiophene/RGO奈米複合材料，觸媒還原比率以及polythiophene聚合程度皆較高，因此具有較低的電阻值，而因觸媒的催化能力以及π-πstacking電荷載子快速傳遞的效應，Au/polythiophene/RGO以及Ag/polythiophene/RGO感測元件對NH3氣體也具有較為優異的感測特性，對NH3氣體有極快的反應速度並可適用低濃度 (200 ppb) 之檢測，如若有類似第二部分元件之可撓性，於氣體之檢測應用上便具有極大的發展潛力。
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    以化學氣相沉積合成生長錳摻雜鈣鈦礦奈米粒子及其於中孔洞沸石中之限制生長
    (2021) 傅宇謙; Fu, Yu-Cian
    本研究以高表面積（SBET > 800 m2 / g）的中孔沸石奈米粒子（mesoporous zeolite nanoparticles, MZNs）做為基材，於高溫下（700-900°C）溴化鉛與溴化銫為前驅物進行化學氣相沉積（chemical vapor deposition, CVD）反應，合成中孔洞限制的CsPbBr3/Cs4PrBr6的鈣鈦礦（pervoskite）奈米粒子。鈣鈦礦奈米粒子大小可以藉由前驅物比例及溫度改變加以調控，其電子結構及型貌利用紫外-可見光譜儀、螢光光譜儀、X-光繞射及穿透式電子顯微鏡佐證。合成過程中引入鎂離子及具有未成對電子的錳離子，使摻雜之鈣鈦礦奈米粒子放光具有不同波長，其結構組成、電子結構及自旋特性，以感應偶合電漿質譜、X光繞射光譜、螢光光譜及電子順磁共振光譜儀證實。此外，使用具半導體特性的中孔氧化石墨烯奈米粒子（mesoporous graphene-oxide nanoparticles, MGNs）做為基材時，可有效增進電荷分離效率，於照光下可使二氧化碳還原成一氧化碳，並以紫外-可見光譜儀及螢光光譜佐證其電子結構之變化。無機鈣鈦礦材料具良好的發光及催化效能，未來欲結合中孔洞薄膜材料之生長，生長具大氣穩定之太陽能轉換材料，提供異質結構於中孔洞沸石材料上限制生長之研究。
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    羧酸型共聚物：合成與對於砂漿中氧化石墨烯分散性的影響
    (2021) 許永; HSU, Yung
    本篇研究目標是合成一種羧酸系兩性離子型共聚物PDA(聚(N,N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)丁酸鈉-丙烯醯胺)，作為共聚物用來改善氧化石墨烯在水泥基材料的分散性以提升試體的機械性質。先使用馬來酸酐和N,N-二甲基胺乙醇合成DME(二甲基胺乙基氧羰基丙烯酸)，再與4-氯丁酸反應得到單體DCB(N,N,N-二甲基((羧酸)丙烯醯氧基乙基)丁酸鈉)，最後使用過硫酸銨(APS)為起始劑，與不同比例丙烯醯胺(AM)經由自由基聚合反應合成得到兩性離子型共聚物PDA，PDA經由FTIR和1H-NMR光譜鑑定其結構，以GPC測定其分子量。另外，使用Hummers法將石墨烯氧化成氧化石墨烯(GO)。將PDA加入含氧化石墨烯的水溶液中，透過沉降體積、粒徑分布、界達電位與黏度實驗測試，探討PDA對於水溶液中GO的分散效果。測試結果顯示，在人工孔隙溶液中共聚物對於GO的沉降時間隨著AM/DCB比例的增加呈現先增後減的趨勢，PDA在AM/DCB=4時有最長的沉降時間；另外，GO的沉降時間隨著PDA分子量的上升或添加量的增加而增長，因此PDA41添加量為20 wt%時，GO的沉降時間為最長達65小時，此時溶液的黏度為最低(2.88 mPa‧s)，溶液中GO的D50粒徑為最小、負界達電位為最大，分別為287 nm和-28.2 mV。因此在所合成的共聚物中PDA41有最好的分散效果。將PDA41加入含氧化石墨烯的水泥砂漿中，測試砂漿試體的抗壓強度與抗彎強度。結果顯示，添加20 wt%的PDA41與0.05 wt%的GO的水泥砂漿試體，在28天的抗壓強度為34.7 MPa，抗彎強度為6.73 MPa，與未添加共聚物的控制組相比提升了57%與99%。
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    中孔洞複合材料應用於電化學與拉曼感測器
    (2020) 李宜蓁; Lee, Yi-Chen
    本研究以類史托伯方法 (Stöber method) 藉由沸石晶種與界面活性劑在40度下自組裝形成中孔洞沸石奈米粒子 (MZNs)。這種以沸石為組成的奈米粒子具有高結晶性所產生之微孔性質，同時具備耐高溫及水氣之性質。MZNs具有高比表面積 (SBET > 800 m2/g） 與大孔徑 (~5 nm）能同時作為硬模板，用於限制銀奈米粒子之生長能有效作為表面拉曼增強 (SERS) 的基材，將所合成的中孔洞奈米銀複合材料 (Ag@MZNs) 負載到晶片上製成簡易型SERS感測晶片，能夠有效進行10-1 M可多普洛菲 (Ketoprofen) 等濫用藥物之檢測。 本研究另一個材料為合成中孔洞氧化石墨烯奈米粒子 (MGNs)，此材料負載於高比表面積 (SBET > 800 m2/g) 之MZNs上，經由高溫乙烯處理石墨烯化，表面沉積類氧化石墨烯 (GO) 使其具有半導體特性，可浸塗於網印碳電極 (SPCE) 上進行電化學感測10 mM易氧化之人體精神分子，成為多巴胺電化學檢測時的理想選擇，透過修飾MGNs增強電極的靈敏度，讓MGNs@SPCE能有效應用於檢測微量多巴胺。
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    中孔洞沸石奈米粒子之鋰修飾以及石墨化之合成、鑑定及應用
    (2019) 張云柔; Chang, Yun-Jou
    本實驗室研發之自組裝合成法，可生成具有中孔及微孔洞結構的沸石奈米粒子。其高比表面積（800－900 m2/g）、規則中孔洞（5－6 nm）、高結晶性所產生之微孔的性質（< 1 nm），可有效提高其水熱穩定性，並應用於空間限制的載體以及催化等用途。透過有機鋰試劑修飾過程，可使奈米粒子具有捕捉二氧化碳的能力，所產生的碳酸鋰被有效限制於在中孔洞內，並達到循環利用的效果。 透過一步驟的化學氣相沉積反應，並以乙烯氣體做為碳源、直接裂解於沸石表面上，生成單層及數層之氧化石墨烯並維持原中孔洞形貌。經由拉曼光譜、X光光電子能譜、螢光光譜、紫外光－可見光吸收光譜、X光粉末繞射等鑑定，證實其組成結構為中孔洞氧化石墨烯－沸石複合奈米粒子。改質後的奈米粒子，表面可大量吸附有機染料及金屬離子，氧化石墨烯中的自由基並可誘發類芬頓反應，以有效催化有機物之分解。