化學科

本研究利用石墨烯高導電、高表面積等特性製成碳布電極，並研發出具高電子轉換效率的EDTA˙Fe3+作為觸媒，成功開發出新型微生物燃料電池。將自製的石墨烯以Polypyrrole固定修飾在碳布表面，取五片此修飾碳布作為陽極電極，陰極則為兩片未經修飾之碳布。利用食品級酵母菌在陽極槽對葡萄糖行厭氧氧化反應，產生的電子經外部導線抵達陰極，利用陰極槽EDTA˙Fe3+與EDTA˙Fe2+間快速轉換，提升電流值。 實驗結果顯示單顆電池電壓即可高達0.7 V，電流則達323μA，電池續航力高達兩小時，較傳統的微生物燃料電池電壓0.35~0.5V高出許多，且具有低汙染及低成本等特性，另外我們研發出的無毒陰極修飾劑EDTA˙Fe3+更符合綠色能源的概念，可望未來能將本實驗微生物燃料電池應用於農牧業的燈具。

本研究主要探討三個部分：如何從有機物中取得碳點、此碳點在不同條件中的穩定性比較，以及碳點的應用。 結果顯示，一般的食物（如本實驗用的洋蔥）能透過烘烤的方式，由燒焦處沖刷下具有親水性的碳點（簡稱洋蔥碳點），這樣的碳點在紫外光照下會激發出藍色螢光，可穩定的分散於水溶液中。探討不同環境對碳點螢光強度的影響時，我們發現洋蔥碳點在NaCl溶液濃度0到1.0 M之間、紫外光照射0到60分鐘之間、pH值3.0到8.0之間有良好的穩定性。碳點的螢光特性可應用在生物顯影與金離子檢測中。前者結果顯示，洋蔥碳點與細胞混合後，在紫外光照下可清楚描繪出細胞輪廓；後者可透過螢光淬滅的程度與金離子濃度做出回歸直線圖，以線性方程式即可求得金離子濃度。

水熱法合成奈米發光碳點，以檸檬酸與乙二胺為反應物，檸檬酸提供碳、乙二胺提供氮，作為奈米碳點上的缺陷，進行反應的裝置是高壓釜，反應的條件，150℃、2.5小時，產物為黑褐色液體，不需再分離。高壓釜可有效控制合成的產物在奈米的尺寸。綠色雷射光束，進行廷得耳效應，有綠色光徑；照射UV光，會發出藍色的螢光，證明產物確定為奈米發光碳點。藍色螢光的偵測，以數位相機的感光元件為偵測器，電腦軟體DCM顯示當時照片裡RGB的數值，以B值作為測量藍光螢光的強度。奈米碳點與多種金屬離子反應，只與Pb2+發生聚集，藍色螢光強度會減弱，發生淬滅，具有選擇性，此種奈米碳點可以偵測水中的Pb2+，同時，Pb2+濃度增加，會使藍色螢光強度減弱，為濃度淬滅。

為了瞭解AuNT water對生物生長以及分子擴散速率的影響，本實驗比較分析了奈米金水(Au nanoparticles(NPs)-treated water, AuNT water)及去離子水(Deionized Water, DI water)對於綠豆、螺的生長觀察實驗，以及細胞實驗。結果顯示，以AuNT water加養分種植綠豆及養殖螺的組別生長情形較佳，推測AuNT water 可以提高水中養分進入生物體的效率，使其生長情形較好。而在培養HCT15直腸癌細胞的實驗當中，我們以兩種不同水培養細胞，加入癌細胞藥品cisplatin(CDDP)。由數據分析，ＡuNT water加入藥物比DI water 更能夠抑制細胞生長。在以自製透析儀器探討AuNT water對擴散速率的影響方面，模擬血液透析過程的實驗結果顯示，物質在AuNT water中擴散速率較快。本實驗研究結果可作為AuNT water是否可以作為營養物質、藥物的輔助吸收工具之應用參考，也可在血液透析方面做延伸性的研究。

我們延續學長的實驗，探討為什麼液滴會在玻片上互動。一開始，我們猜想是否烘烤時有物質會附著在玻片上，但是經過設計不同的實驗驗證後，發現並不是有燃燒不完全的物質附著在玻片表面上，而是玻璃表面足夠乾淨就可以使液滴有產生互動的能力，我們把它稱為活化。實驗發現烘烤時間越久，玻片溫度越高，造成玻璃表面活化的現象越明顯，但玻璃表面的活化現象只能維持2~3天。 我們探討了幾種可溶於水的有機物，當它們溶於水後，在不同濃度時會有不同的表面張力，當在活化的玻璃表面上滴上兩液滴，如果兩液滴的表面張力相差10mN/m以上，低表面張力液滴會推擠高表面張力液滴而產生同方向的移動，如果兩液滴的表面張力太接近，兩液滴就不會推擠，會直接互溶。

本實驗符合綠色化學宗旨，以太陽光驅動奈米粒子生成取代以往加熱冷凝迴流的製程，將四氯金酸與還原劑檸檬酸鈉反應，合成金奈米十面體。研究涵蓋：一、比較照光與非照光條件，發現照光條件成功機率較高。二、探討金奈米對不同陽離子的檢測靈敏度，比較肉眼觀測與UV-Vis測量之差異。三、探討金奈米修飾穀胱甘肽對不同陽離子的檢測靈敏度，發現修飾後，含特殊官能基，使靈敏度提升，以鉛離子為例，以肉眼觀察溶液顏色由酒紅色轉為藍紫色，偵測靈敏度為10 ppt。四、依據世界衛生組織對飲用水中要求鉛離子含量需少於10 ppb，故針對周遭環境不同水質，進行檢測。此偵測材料為非選擇性試劑，是一個廣譜示警試劑，可以對多種金屬均有反應，水質一旦汙染即可變色。

利用硫酸銅進行電鍍實驗，我們發現了與預期不符合的結果，所以進行了這個研究，在這個研究中，我們探討了電流大小、正負極距離、電鍍液濃度、被鍍物角度、使否攪拌、是否外加磁場以及電鍍物的溫度對電鍍完成度以及均勻度的影響，並探討了電鍍時產生黑色物質。我們發現電鍍產生的黑色物質應該是結構鬆散的金屬銅，而要避免產生黑色電鍍表面並電鍍均勻，必須提高硫酸銅濃度，避免太大的電流，並攪拌溶液。

本研究利用薄型材料包含以薄石墨紙為電極、不織布為導電反射層和護貝膠膜為密封材料，並以酸鹼指示劑為電子墨水，製作具備節能特性的軟性彩色電子紙模型。透過通電控制酸鹼指示劑的顏色變化，並探討影響模型變色的變因。主要結論如下： 一、 模型不需要使用導電玻璃，並具備軟性可彎曲的特性 二、 導電反射層的結構和厚度會影響顯色的速率 三、 較小的電極尺寸有助提高顯色的均勻程度 四、 較高的電壓有助顯色的速率 五、 較高的電解質濃度有助於顯色的速率 六、 酚酞指示劑具備較佳電子墨水的能力 七、 適當厚度的去極劑能在不影響顯色速率下，有效改善氣體的生成 八、 Arduino微控制器板能應用於模型的顯色和去色控制 九、 去色時間大約為顯色所需時間的3~4倍

本研究以碘液為中心，探討在各種變因中碘液顏色的變化。討論的變因有打入氣體、提高溫度、加入不同的電解質及照射紫外線，就上述各種變因設計多項實驗，實驗中我們以分光光度計測量碘液吸收值，進而討論碘液在不同環境下吸收值的變化與反應級數，並探討碘液完全褪色後可能的產物。

本研究的紙電池由鋅銅紙電池著手，藉由探討鋅銅紙電池反應環境，我們彙整所有適合放電的條件，得到一個優化鋅銅紙電池。之後為了減少重金屬的使用與延緩水分流失，我們將電解液改為氫氧化鈉凝膠，並在陰極電解液中加入過氧化氫緩解極化現象，得到一個較環保且能長時間使用的鋅紙電池。然而鋅紙電池的電壓值較低，我們將陽極改為鋁片提升電位，製得一次性鋁紙電池，並藉由密封測試探討一次鋁紙電池真正的反應機制。最後我們將電解液改為離子液體，試著將一次鋁紙電池改良成二次鋁紙電池，並探討不同反應環境來提升電壓，得到一個較佳的二次鋁紙電池，但最終測量充電之電能轉換效率發現效果不佳，故在二次鋁紙電池上仍有待繼續研究，以提升其效能。