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化學科

一價銠金屬催化芳香基硼酯與炔類化合物進行不對稱串聯合環反應

本實驗我們使用芳香基硼酯a與炔類化合物b作為起始物,以銠金屬錯合物作為催化劑,碳酸鈉作為鹼性添加劑,且使用二噁烷與水為溶劑,在80℃下進行不對稱合環反應後,分析產物的產率及光學選擇性,以探討芳香基硼酯、炔類化合物上的取代基以及銠金屬錯合物上的配基等變因對反應的影響。 實驗發現,當使用氯取代的芳香基硼酯與二苯基乙炔為起始物時,催化反 應有最佳的產率(93.3%),且使用掌性配基與銠金屬形成的錯合物進行催化時,所得之產物具有光學選擇性。

數位彩色參數測量溶液性質

本研究探討溶液顏色與色彩參數RGB 值關係,在測量裝置開發上:光源上採用平板螢幕發光,讓試管色彩數值均勻,也可調整入射光強度與種類。在容器上,以方試管改善圓試管的不均勻吸收。以五層(長)試管,驗證多層數、高濃度,對應RGB 值會規律下降。所設計的裝置與手機 colormeterapp方法,可即時、簡單地測量方框內色彩參數平均值。以上設計已成功提供有色化學反應研究。 以此新設計,研究6 種指示劑酸鹼變色,將指示劑分類,並找出分子結構與 RGB 值關係。也成功應用在化學反應速率測量上。這發展出的方法裝 置,能應用在生活上,藉由將色彩變化定量,來解決許多問題。

碳為柑止-生物碳吸附力及螢光應用

以泰源肚臍柑皮作為材料,將其烘乾製成粉狀後高溫鍛燒製成生物碳。檢測Zeta電位可知生物碳表面帶負電,分別對吸附亞甲藍、結晶紫、甲基橙等有機染料的效果探討,發現生物碳對表面具有不同電性之染料有明顯差異,且在混合染料實驗中可知生物碳對表面帶正電的亞甲藍及結晶紫有很好的吸附效果,反之對表面具負電的甲基橙則無,推測靜電力為主要吸附原因。 從上述生物碳表面電極以及染料吸附實驗結果,設計使用生物碳吸附水楊酸實驗,且結果證實生物碳可吸附水楊酸,再進一步探討生物碳在不同濃度水楊酸溶液環境下對吸附比率的關係。 同時為了探討生物碳重複使用的效果也使用酒精作為脫附劑進行了脫附實驗,結果證實重複吸、脫附三次的生物碳,吸附率皆達70%以上。

不要「碳」氣!自製氣瓶探究碳捕捉材料的吸附效能

工業革命後,人類排放至大氣中的二氧化碳(化學式CO2)逐漸增加,若不及時控制將會導致全球氣候變遷。但我們認為僅減少CO2排放量是不夠的,應該更有效率的捕捉它,於是我們設計了一系列實驗來驗證我們的想法。為了有穩定的CO2供氣來源,我們成功自製了CO2氣瓶,經過改良後以排水集氣法得到時間和體積變化有很好的線性關係,能替代笨重的鋼瓶。接下來CO2多寡的測量是選用碳酸氫鹽指示劑的顏色變化來量化,方法是通入不同時間的CO2到指示劑後再用分光光度計測量其穿透率,再利用此穿透率區間回推每公克矽膠乾燥劑能吸附多少毫升的CO2,建立一個科學實驗模式後應用到其他生活中具孔洞的材料中,並進一步探討不同材料間吸脫附重複率的效能。

「蒟」世無雙~添加物對「蒟蒻」凝膠性質之影響

日本被稱為「腸胃清道夫」,本研究發現添加物可改變蒟蒻的凝膠性質,善用其凝膠性可開發蒟蒻創意用途。 首先藉由自行設計的硬度、彈性等測試器具進行物性測試,操縱變因包含蒟蒻濃度、鹼液pH值、鹼粉(鹽類)種類、常見添加物、天然色素、貯存方式等。研究發現蒟蒻濃度與pH值是影響品質的關鍵,膠體pH10以上有助於固化成型。糖的添加會使凝膠性下降,但鹽巴有助於凝膠,實驗中發現Na⁺優於Ca²⁺、Mg²⁺,這些現象符合陽離子可提供交聯作用的模型,提出蒟蒻電池是可開發的環保微型電池。利用天然色素可增添蒟蒻視覺性與特殊風味,採用酸鹼中和易使蒟蒻外表扭曲變形,採冷凍儲存方式會有離水現象使組織呈纖維網絡海綿狀,可做成蒟蒻海綿。

光照無所遁形~奈米銀變色膜的研究

一般變色膜是用光致變色粉與PU膠混合而成,我們的光致變色薄膜是用天然染料吸收陽光的紫外線,使染料上的電子躍遷至銀離子膠體上而還原出奈米銀,使變色膜透光度變低。 我們成功的自製抽氣乾燥暗箱及3w鋁基板光照箱,讓光照成效能不錯的控制變因;自製多色光光罩吸光儀可記錄不同色光穿透變色膜下的光敏電阻感光電阻下降,偵測與之串接的一般電阻電壓提高的多寡,可算出透光率及透光恢復率的大小。 以Gy33感測器記錄變色膜的RGB值,轉由HSV之色相值等,可確切得知變色膜顏色變化的程度,未來以此製成的變色薄膜,可黏貼在汽車玻璃或窗戶玻璃上,達到光穿透率變低,光不刺眼、防曬、使車內或室內溫度下降,達到節能減碳目的成為可能。

「愛」的「膜」力轉圈圈~可食性愛玉薄膜素材的研究

減塑是必行的工作, 由2021年消耗28億杯咖啡紙杯資料中,我們計算出每年消耗約2000公噸的PE,我們以愛 玉子:水 =1g:80ml的比例,以20℃的水用果汁機攪打90秒萃取愛玉凍,透過蔬果烘乾機以50℃烘乾8小時製成愛玉薄膜,以自製的測量薄膜的張力,找出較堅固的薄膜,薄膜厚度經測量為0.004cm。愛玉薄膜具有防水、在100℃熱水煮1小時也不溶化,在烤箱140℃烘烤20分鐘不被破壞、不溶於99%酒精、丙酮、飽和檸檬酸、99%醋酸、飽和小蘇打溶液中,化學性質穩定等特性。透過將高熔點起司煮成起司糊當黏著劑,成功將愛玉薄膜鍍於塔模餅乾上, 在裝熱水的測試中,成功的在1小時後都不滲水,並透過咖啡測試,發現對於熱飲味道的影響頗低,可以成為取代PE膜的環保替代方案。

水乳蕉融~ 探討香蕉皮萃取物對烘焙麵團性質之影響

本研究由香蕉皮在檸檬酸溶液中微波萃取出果膠,希望此果膠可改善烘焙麵團性質,取代人工乳化劑。研究發現以微波萃取法可提高產率約至17.7%;此萃取物被證實具有果膠特質(乳化能力及凝膠特性)。應用在烘焙麵團時,具有調整麵團發酵速度的能力,可加速高糖酵母麵團的發酵速度,節省製作吐司的時間;但對低糖酵母麵團的影響則是延緩發酵速度,適合用在需要長時間發酵的麵團中;萃取物的乳化特性,可強化麵筋結構,使麵團延展性佳,有利保存氣體進而增加吐司體積,也可讓麵團在烘烤過程及吐司保存過程,水分流失較少。總結,添加香蕉皮萃取物可以得到燒減率小,老化速度慢的膨鬆吐司,以香蕉皮萃取出的果膠來取代麵包中的人工乳化劑是可行的。

專屬防護-友善防曬乳之研發與探討

本實驗探討自製防曬乳中氧化鋅、二氧化鈦、單寧酸,上述材料以不同比例混合後的防曬能力。以分光光度計測量各成分且不同比例的吸收度,調配具有較佳防曬能力且對環境友善之防曬乳。維生素B2與B6分別在UV-A和UV-B波段具有特徵吸收峰,可作為防曬能力之感光試劑,取代高中少見的 SPF檢測儀,且避光存放長時間仍具穩定性。實驗結果發現自製防曬乳中,二氧化鈦10 %與氧化鋅10 %混合,具有最大的防曬能力。希冀防曬乳對海洋環境友善且可調色,實驗結果發現氧化鋅10 %添加單寧酸10 %,為防曬乳最佳比例。紡織企業將經前處理的咖啡渣作為防曬的紡織成分,希冀透過科學原理尋找最佳條件亦可成為友善防曬乳的主力成分。

神奇「催」「糖」術─探討利用新型催化劑磷鎢酸置換醣類一號位置結構的影響

本研究將定量的葡萄糖與乙酸酐反應,可將葡萄糖上的羥基進行乙醯化反應,再將乙醯化的葡萄糖與可回收使用的催化劑磷鎢酸以5:1當量數進行催化反應,並分別以是否微波、微波時間、微波溫度及微波瓦數為變因進行實驗,發現當微波溫度40℃、微波功率300W,微波30分鐘時,可得到最高產率的目標產物。再將葡萄糖與催化劑磷鎢酸及對甲苯硫酚以當量數為變因,找出最佳產率的條件,再將此最佳條件分別以不同醣類為變因進行反應,將所測得之目標產物的產率與傳統催化劑三氟化硼所催化的結果進行綜合比較及討論,最後以NMR儀器分析確定反應是否成功並了解其反應機制,進而幫助科學家在研究癌症細胞中醣分子的合成反應過程可以更有效率,並以達到綠色化學為目標。