化學科

我們探討紫蘇作為植物染的可能性。首先分析其主要成份，發現葉子中的花青素、葉綠素B、葉綠素A與胡蘿蔔素很明顯，花朵的成份則不明顯。我們將紫蘇液各滴入檸檬酸（C6H8O7）與氫氧化鈉（NaOH）水溶液中觀察顏色變化，訝異的是紫蘇液在酸中，會呈現粉紅色及茶色系；紫蘇液在鹼中會呈成現黃色及深褐色系。 我們將紫蘇液置於胚布、濾紙、廚房紙巾中比較，調整布和紙與水面的仰角從10度到90度，應用毛細現象原理探討上升高度，為求實驗準確性共實驗18次。發現胚布上升的高度與速度，均最低、最慢；濾紙上升高度與速度，均最高、最快；廚房紙巾上升高度與速度，均次之。我們以紫蘇液DIY熱染漸層T-shirt，發現染過的T-shirt不易褪色，真是既環保又經濟的效用。

「水泥電池」為一個以水泥為底的電池，想法是將水泥轉化為巨大的儲能裝置，而在2021年，首次有研究團隊將此概念擴展到了二次電池，此研究正是水泥電池的開路先鋒。而我們在這次的研究中，針對水泥基的電阻進行最佳化，發現水泥中電解液配方為在38公克的蒸餾水中加入0.5公克的CMC，3公克的矽酸鈉以及13.1公克的氫氧化鉀為最佳，能使水泥從原先16000歐姆的電阻降至514歐姆，降低96.8%。而我們也以自製的導電碳板代替碳纖維，製成了鐵及鎳電極，二次水泥電池首次充放電在8小時間功率有544微瓦特，第二次充放電有373微瓦特，只損失了31.4%。未來我們希望能繼續測試及解決電池的效能以及增加電池的能量密度。

本研究利用葉綠素卟啉環內的鎂離子置換成銅離子來處理硫酸銅廢液，鎂銅離子的置換目前均使用萃取法，本研究透過實驗確認可以使用葉片的原型來置換，大大減少了廢液處理手續。除了具有表皮蠟質的葉片置換速度較慢，其他葉片結構皆不影響。透過比色法計算出移除率，加上硫化鈉檢驗，確認此方式可以完全去除銅離子。檢測置換後的葉片在土壤中與不同pH值的水中，銅離子皆不會再度釋出。 藍綠菌是有葉綠素的微生物，實驗發現藍綠菌鎂銅離子的置換速度優於陸生植物，間隔三天在優養化水域倒入0.05%硫酸銅溶液，15天後水域濁度下降到4NTU以下，水生動植物則不受影響。利用葉綠素鎂銅離子的置換可以處理硫酸銅廢液，還能去除藍綠菌，可以說是一舉兩得。

藍晒的基本原理是檸檬酸鐵銨加赤血鹽的水溶液，日照後形成普魯士藍的沉澱。本實驗則透過穩定可控的光源─單槍投影機，來做為主要的光源，除了可避免天氣因素的影響外，也可投射出各種圖案，我們透過操作感光液的比例、照射時間的長短、投影的顏色，試圖找出光雕投影的最佳模式，此外，也嘗試找出適合藍晒的定色液，以延續產品的壽命。由於開放場域的環境光可能影響結果，我們設計了”迷你電影院”以提升成功率。 結果發現，以比例5:4(赤血鹽溶液:檸檬酸鐵銨溶液)的感光液表現最好，投影的時間則是50分鐘就可以讓感光液充分反應顯色，而利用顏色的操作便可同時完成深淺不同的藍色，最後，以食用醋做為定色液的效果最好，作品既顯色又耐洗。

本研究探討二氧化碳可以取代氧氣，當作空氣電池運作的氣體，並透過碳粉改質增加吸附二氧化碳的效果，提高發電效能，以研發鋁/二氧化碳電池。設計封裝灌氣的電池盒，測試在不同氣體環境中的發電效能；以蛋塔型電池比較不同碳粉的發電效能與其二氧化碳吸附力的關係；用微波膨脹脫層法和植物色素、化學吸附劑進行碳粉改質。研究發現在少量氧氣時，CO2可以做為空氣電池運作的氣體；備長炭、活性碳適用以化學吸附劑改質，石墨導電性佳，微波脫層後吸附CO2效果和導電性都更加提升，是做電池的好材料。最後研發平板型抽取式鋁/ CO2電池盒，在持續提供二氧化碳下，可驅動小型馬達，且能讓LED燈發亮達12小時。二氧化碳電池可同時將二氧化碳吸附與發電。

本研究目的為尋找容易形成逆微胞並觀察的方法，以作為教材。我們先以十二烷基硫酸鈉(SDS)或碳鏈較短的一元醇加入沙拉油形成的兩相微胞在顯微鏡下觀察，但因形成的微胞太小，透過顯微鏡無法觀察，故我們在油水混合溶液中分別加入SDS水溶液、正丁醇、異丁醇進行觀察。發現SDS僅形成微胞；在油/水比值為2以上時，加入正丁醇可形成逆微胞；在油/水比值大於1.25時，加入異丁醇可形成逆微胞。我們另使用易溶於水的乙醇作為界面活性劑，但改變添加順序，發現在乙醇油溶液中加入水可以乳化，且在油/水比值為1.25以上時，會形成逆微胞。而以易溶於油的正己醇作為界面活性劑時，發現在正己醇水溶液中加入油可以乳化，且在油/水比值為1.25以上時，會形成逆微胞。

使用醋酸鋅及醋酸錳的金屬離子電解液建立自製的鋅錳液流電池循環系統，透過負極Zn/Zn2+及正極Mn2+/MnO2的氧化還原反應，成功實現無隔膜的可充式鋅錳液流電池。在電解液濃度實驗中，觀察到較濃的Mn2+濃度會增加MnO2的沉積，有較好的充放電效率。在不同pH值的實驗中，發現pH= 6~6.5的醋酸根電解液，有最佳的鋅錳液流電池充放電庫倫效率及能量效率，分別達80%及40%以上。使用加入更多硫酸根離子pH< 5的酸性電解液，雖有稍高的放電電流，但會提早耗盡MnO2使充放電效率降低。電極擺放方向的實驗結果，顯示平行水流有較佳的充放電效率，此外重複充放電實驗也證明醋酸鋅錳電池可保持極佳的庫倫效率，有很好的再現和穩定性，實驗結果將有助於未來鋅錳液流電池的進一步研究。

本研究自行組裝微型滴定裝置，建立常見指示劑(甲基紅、酚紅、酚酞及廣用試劑)之酸鹼滴定模組，運用實驗開發的像素分析法，由像素加總值與滴定體積之程式推知當量點體積，所有實驗誤差均不超過0.30 %，具有高準確度，且此實驗模組之濃度檢測極限可達10-4 M。將微型裝置應用於指示劑解離常數的測定，測得甲基紅、溴瑞香草酚藍及酚酞之pKa分別為4.95、7.11及9.40，與理論值幾乎一致；進一步以RGB值二次微分找出指示劑更精確的變色範圍，如甲基紅在[HIn]⁄[In^- ] >7.65時會完全呈現酸型顏色、[In^- ]⁄[HIn] >6.55會顯現鹼型顏色，其變色範圍為pH 4.06~5.77。本研究成功簡化傳統滴定與解離常數測定的實驗步驟與器材，達到簡潔、可監測之綠色化學願景。

本研究的主要目標是利用奈米金屬團簇的特殊性質，以及與螢光分子的交互作用，來製作小巧的氣體感測裝置，以解決大型儀器太難攜帶的問題。研究內容分為三個部分，首先為「有機相螢光複合材料之合成」，我們藉一系列實驗探討最佳的合成方法與材料配製，以最佳化其感測性能；其次為「微小化自組感測裝置之製作」，我們設計製作並改良感測裝置以及輔助感測的電路，並用3D列印技術印製標準化感測器；最後一個部分為「氣體感測數據分析」，以自組感測裝置進行九種有機氣體的感測。我們通入有機氣體使螢光訊號增強，重複數次，以要求感測的再現性，並改變感測濃度，以建立各種有機氣體的感測檢量線。最後，我們分析數據，以深入了解此種材料的感測性質。

為了探討有機添加物對水泥磚硬度和水量改變的影響，首先，我們學習安全調配水泥漿比例，設計敲擊裝置測量水泥硬度，並進行集水實驗。硬度敲擊的測量和水量改變實驗分為二部分，一是添加不同尿素比例，二是添加氯化鈉對不同尿素比例水泥漿的影響。實驗結果:在添加不同濃度尿素比例(2%、4%、6%和8%)下，發現添加尿素6%， 水泥磚硬度較無添加的水泥磚硬度增加38.9%，效果最顯著。在同樣添加氯化鈉0.5%的條件下，以尿素4%水泥磚硬度增加76.6%，效果最顯著。在進行水量改變實驗方面，結果發現添加尿素濃4%、氯化鈉0.5%的水泥磚，平均每盒水泥磚水量改變達到17.0g，根據本實驗最佳結果推算，只需增加少少的成本，一年可以省下的水量，就約足夠供一萬人生活150天。