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化學科

石墨烯微生物燃料電池綠能研究

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。

「碳」與「鉛」的邂逅---奈米發光碳點的合成及其在重金屬鉛的檢測

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。

水中嬌龍-奈米金水(AuNT water)創新應用

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。

以酸鹼指示劑製作軟性彩色電子紙之探討

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

利用太陽光合成金奈米粒子作為金屬感測器之探討

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。

黃金超級電容

我們的研究,是以牛糞中豐富的HPO4-2吸附水中的重金屬離子。先透過自行設計之綠色分析技術,以簡易電池原理,分析水中Cu2+濃度,接著做出水中Cu2+與電壓、電流之檢量線。若將處理過後的牛糞置於水溶液中,便能有效地吸附Cu2+,為相當好的吸附劑,而且吸附率可達到99%以上。而牛糞吸附重金屬離子後,可以取出並製作成重金屬活性碳。分析重金屬牛糞之成分後,發現其已碳化成活性碳。活性碳又可做為超級電容的電極,且含重金屬離子的電極可以大幅的增加電容之電容量。在簡易電容測試中,以及鈕扣型電容實驗結果顯示:我們測出,牛糞吸附重金屬離子活性碳,在適當電解液下,具有相當高的電容量。

只(紙)是(式)電池

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。

「液油」未盡-探討不同濃度液滴在載玻片表面互動的原因

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。

「帶」你「藻」到抗老新「食」尚─裙帶菜抗氧化力之探討

海藻是近年來熱門的新「食」尚,更是絕佳的抗氧化物,我們採用碘滴定法來比較4種海藻及4種蔬果的抗氧化力,不論是哪一種海藻的抗氧化力都比蔬果佳,更以裙帶菜的抗氧化能力最好。但海藻汁液放置越久,抗氧化力越差。經加熱後,海藻抗氧化力明顯下降許多,因此,海藻是不建議經由長時間烹煮的。平時所用的調味料等添加物也會降低裙帶菜的抗氧化力,但是鹽或醬油的抗氧化力影響較少。裙帶菜又以海帶芽部位的抗氧化力最佳,所以可以多選擇海帶芽食用,來獲取更多的抗氧化物。裙帶菜及地瓜葉都具有防止蘋果褐變的性質,但又以裙帶菜在抗氧化能力上比地瓜葉更有顯著的表現。

鋼錳現形-使用電解法檢驗不鏽鋼含錳之研究

本研究透過電解含有硫酸根溶液的實驗,瞭解生活中以不鏽鋼為材料製造的產品,是否含錳過量的情形,並且藉由實驗改善調整檢驗之精確性與方便性。 實驗目的著重於簡易性和安全性,從不鏽鋼的相關文獻開始,分為十二個部分,經由實驗操作觀察,發現含有硫酸根的溶液,在不鏽鋼中電解後和錳離子反應成桃紅色的硫酸錳,最後選擇9V的電壓及5%的硫酸鉀溶液為合適的檢驗工具;進而設計檢驗的試紙,ok繃為合適的材質,經由實驗的設計,電解時加1毫升的水於檢驗試紙中,即可檢測不鏽鋼含錳情形。 最後實際測試不鏽鋼產品,檢測實驗的可靠性,從SGS的檢驗報告和研究的實驗結果進行核對,發現確實可以使用此實驗方法檢驗不鏽鋼產品含錳量是否過高。