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化學

Application of Carbon Aerogels in Lithium-Air Batteries

One of the main challenges with today’s batteries is their relatively low volumetric and specific capacities. The highest specific capacity can be achieved with lithium-air batteries, which use metallic lithium as the anode and typically some form of porous carbon as the cathode. To enhance performance, aerogels—among the world’s lightest solid materials—are ideal candidates for cathodes. Resorcinol-formaldehyde (RF)-based carbon aerogels, for example, serve this purpose well. In my work, I utilized two types of carbon aerogels as cathode materials: one derived from pyrolyzed resorcinol-formaldehyde polymer and the other a graphene-oxide-modified version of this carbon gel. I integrated the carbon aerogels I had pyrolyzed into lithium-air batteries to improve the cell’s performance, energy density, and capacity compared to cells using activated carbon. In my research, I examined the pore structure and surface properties of these materials in aqueous media using NMR (nuclear magnetic resonance) relaxometry and cryoporometry, exploring their impact on battery efficiency. I found that the graphene-oxide-containing sample's pores filled with water in a layered manner, indicating a more hydrophilic surface, which suggests a denser arrangement of oxygen-containing functional groups compared to the unmodified carbon aerogel. The pore sizes were reduced after adding graphene oxide, resulting in an increased specific surface area for the sample. Incorporating the reduced graphene-oxide-containing carbon aerogel enabled the creation of a more efficient, higher-capacity battery than with the RF carbon aerogel. This improved performance is likely due to the aerogel’s higher oxygen content and altered morphology. The increased oxygen content provides more active sites for oxygen reduction, meaning that a greater specific power output can be obtained from the battery.

理論設計與高效率合成三吲哚衍生物應用於癌症標靶藥物 Theoretical Design and Highly Efficient Synthesis of Triindole Derivatives for Targeted Cancer Therapeutics

抗癌藥物的研究一直受到重視,吲哚(indole)衍生物可助抵擋自由基,而二吲哚(Di-indole)衍生物已成為抗癌劑。鈣離子/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II,CaMKII)之抑制劑為癌症標靶藥物重要研究方向之一,抑制CaMKII可降低各種癌細胞增殖和存活,但目前尚無CaMKII抑制劑藥物。本研究以三吲哚為主架構,發展衍生物作為CaMKII抑制劑,期望可應用於抗癌劑。電腦軟體Discovery Studio2016模擬各種三吲哚衍生物分子模型與CaMKII α(PDB: 2VZ6)之結合能,選出結合能較大之化合物3,並延伸結構/活性(SAR)最佳化,進行一系列高效率藥物合成純化工作。經由送測生物細胞活性,其中先導化合物(lead compound) 3-1對癌細胞之毒性高且對CaMKIIα的抑制效果佳,符合癌症治療上的需求,將繼續最佳化此結構,並進行細胞訊號傳送途徑及動物實驗。

一價銠金屬催化肉桂胺衍生物進行不對稱氫芳基化反應 Rhodium(I)-Catalyzed Asymmetric Hydroarylation of Cinnamylamine Derivatives

一價銠金屬催化反應已經被廣泛應用於有機化學合成領域中。而本研究以具保護基之肉桂胺衍生物1與四芳基硼鈉試劑2a作為起始物進行銠金屬不對稱氫芳基化催化反應,得到具有保護基的掌性2,3-雙芳基丙胺衍生物3,並探討此反應的掌性雙烯配基對於反應的影響。本研究已完成使用Ts(對甲苯磺醯基)保護基之肉桂胺衍生物1a作為起始物進行反應,並改變與銠金屬錯合的配基,發現當配基使用2,5號位為芳基取代之配基L(掌性雙環[2,2,1]雙烯配基)時,反應有較好的位置選擇性,其中最佳的是芳基取代為苯基之配基L1,其位置選擇性比例為1:0:0.09。目前將進行改變起始物1之氮上的保護基,以L1作為配基進行反應,並與1a比較,優化反應性及產率。

Synthesis of functionalized mesoporous silica nanoparticles as drug delivery carriers for therapeutic agents

奈米藥物在臨床治療引入了重大創新。多孔性二氧化矽奈米粒子(mesoporous silica nanoparticle) 具有生物相容性和高孔隙度的特性,被運用在奈米藥物傳遞和標靶治療。奈米粒子經過表面修飾可提高藥物載荷效能以達到有效的治療。 本研究建立一項有效的奈米藥物傳遞載體的開發系統,目標在合成多孔性二氧化矽奈米粒子,使用幾丁聚糖對表面進行修飾,以提升地塞米松藥物載荷和穩定的藥物釋放。應用 X-射線繞射和傅立葉轉換紅外光譜來分析奈米粒子產物和表面官能基。應用分光光譜儀進行測定藥物的載荷和釋放速率。幾丁聚糖修飾包覆的多孔性二氧化矽奈米粒子具有 53.7%的藥物載荷率,比較未修飾的粒子只有 27.9%。藥物釋放實驗,幾丁聚糖包覆的二氧化矽奈米粒子可以延緩藥物釋放,在 5 天釋放 19.7%的地塞米松。本次研究說明幾丁聚糖包覆多孔性二氧化矽奈米粒子是有潛力的奈米藥物載體。

製備藻類衍生物碳點與 Mxene複合材料並應用高效超級電容

本研究運用綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)進行製備碳點並應用高效超級電容。本實驗已完成綠藻、螺旋藻、卡拉膠( k,i,λ)在不同的pH值中的溶解度測試,並找出綠藻、螺旋藻、卡拉膠(k,i,λ)各自適合溶解的溫度及溶液。此外,中途也已透過文獻中的實驗證實我們實驗中所運用的電化學實驗設計及裝置可以成功製備出碳點。而在電化學製備碳點的部分目前完成單獨藻類、藻類加histidne的電擊實驗以及測其吸收光譜,也運用先前製備出較穩定的碳點加入MXene進行電化學分析,透過碳點擴大MXene分層,以達到增加MXene電化學效能的效果。最後,預計之後將進行更多的電化學分析,進一步地確認碳點結合MXene能在超級電容的應用。

探討手性有機硒催化劑合成與性質

研究指出⼿性有機硫催化劑能催化反應合成出⾼立體選擇性的產物,並有相關的研究指出以同族的硒取代⽽成的催化劑也有類似的性質,我們好奇兩者之間催化能⼒的差異處。本研究探討⼿性有機硒催化劑THSeOBn的合成,並將其應用催化形成氮環丙烷化物及環氧化物以探討其性質。本研究發現相較⼿性有機硫催化劑THTOBn催化,其催化形成氮環丙烷反應的dr 值及反應速率皆有顯著的上升,但其催化形成環氧化物的反應儘管反應速率有上升,但是dr值卻下降。最後本研究提出了關於THSeOBn催化形成氮環丙烷及環氧化物的反應機構。

Detection of Calcium Oxalate in Nephrolithiasis Using Ca-D

Nephrolithiasis isacommondiseasewherestoneisfoundinthe kidney. Kidney stones areharddepositsmadeofmineralsandsalts that form inside your kidneys. Urine has various wastes dissolved in it. When there is too much waste in too little liquid, crystals begin to form. Sometimes, tiny stones move out ofthebodyinthe urine without causingtoomuchpainanditcontainscalciumoxide. But stones that don't move may cause a back-up of urine in the kidney, ureter, the bladder, or the urethra. Therefore, Ca-d is used as an effective and affordable alternative device to check kidney stones. A new detector we can operate as an indicator for people who have high calcium oxalate levels in their urine. Which will help us to check calcium oxalate levels easily and practically with the use of tds (PPM as its unit). It can check whether people have high PPM levels that can cause issues like nephrolithiasis. It can also be used regularly so that people can avoid the disease by consistently checking their urine with Ca-d.

血跡檢測-色素替代試劑與現行酚酞法之比較

在刑事犯罪案件中,血液經常作為物證出現,檢測血液的存在是鑑識犯罪現場的一項基本任務,因此研發並採用許多血跡檢測方法,魯米諾測試就是其中之一。而卡斯特-梅爾呈色試驗等傳統測試通常用於快速篩選可疑污漬中是否含有血液。這些呈色測試不僅低成本,而且可以快速檢測其為陰性或陽性,使其適合在犯罪現場篩選潛在的血跡。在本研究中,我們將 KM 試劑、靛藍胭脂紅試劑和亮藍試劑透過呈色分析進行血跡檢測,另外使用 OpenCV 來協助判讀試劑顏色變化。結果顯示,KM 試劑的靈敏度優於靛藍胭脂紅試劑,其檢測極限濃度分別為 10-2%(w/w)和 10-1%(w/w)。另外這兩種試劑均對含有次氯酸鈉的漂白水產生偽陽性。

開發回收PET合成UiO-66並應用於催化合成羥甲香豆素

本研究利用乙二醇處理後的聚對苯二甲酸(PET)及氯氧化鋯,以創新的無溶劑方式”solvent-free PET-to-MOF conversion”合成一類金屬有機框架材料(MOF) ── UiO-66(Zr),並發現此材料可用於催化Pechmann condensation、以間苯二酚和乙醯乙酸乙脂合成羥甲香豆素。於190℃之環境下,乙二醇處理6小時的EG-PET可合成出晶型最接近模擬模型的UiO-66晶體;而我們開發的合成方法中,最佳的反應條件為反應物質量比(氯氧化鋯:PET)= 2:1、130℃合成24小時。 對於合成出的UiO-66(Zr),我將其進行了XRD、FTIR、BET、SEM檢測,結果符合UiO-66(Zr)的特徵;唯比表面積僅有約900 平方公尺/克,推測此方法合成出的材料之有機linker數量和一般UiO-66(Zr)有所差異。 對於催化合成羥甲香豆素之反應,我們首先發現UiO-66(Zr)可作為非勻相催化劑參與此反應;且實驗結果顯示,相較於溶劑熱合成的UiO-66(Zr),以本研究的方法所得之UiO-66(Zr)作為催化劑可得到更高產率的羥甲香豆素。

藥命時刻---天然環境農藥降解與大範圍消除方法研究與討論 Time for No Pesticide on My Plate : Research and discussion on methods for degradation and large-scale elimination of pesticides in natural environment

本實驗研究常見除草劑「固殺草」的降解與檢驗,同時利用各種物質與方法嘗試消除農藥,並尋找消除農藥「固殺草」的最佳方法。 本研究發現:藉由產生「親核取代反應」(Nucleophilic substitution) 能有較佳的消除農藥效果,並且當環境物質含有越多量的胺基酸與維生素時,其消除農藥效果也越好。 根據實驗結果,我們利用環境中易取得的物質,自製簡單、便宜的農藥消除劑,用來協助農民與一般民眾消除農作物上殘存的農藥,並根據實驗結果可以在極短時間內去除99%以上的農藥殘留,期望幫助民眾遠離農藥的毒害。