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太陽能及化學產氫及氫氣之應用

地球上石油的儲量有限，且石化燃料帶來的汙染與過量的二氧化碳已造成全球氣候變遷。太陽能與氫能源成為現在積極開發之能源趨勢。 鋁水產氫技術在一般常溫常壓下非常困難，但加入催化劑氫氧化鋁可以使反應速率加快，由於不同的氫氧化鋁對鋁水產氫效果不同，所以揭露出一種快速而簡易的鋁水產氫方式是重要課題。 太陽能產氫技術是利用光觸媒藉由太陽光的能量，在不需供給任何電力的情況下，便可分解水產生氫氣，並將所產生的氫氣轉化為電力來源。太陽能分解水的技術仍處於發展階段，尚有許多問題像是反應的穩定性等有待解決。 氫氣做為燃料能源是一種趨勢，具有高能量與零汙染的特性，使得氫能源的研究成為當前各國致力發展的方向，期望能以氫能源作為未來的替代能源。 產氫方法有很多種，本文總結了太陽能產氫及鋁水產氫技術，並簡述太陽能產氫及鋁水產氫技術的挑戰和發展，及氫氣的未來應用。

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光固化型環氧樹脂在透明封裝材上之製備與性質研究

本研究藉由有機化改質天然無機層狀材料(Clay)作為補強材，再將其添加於環氧樹脂中，製備環氧樹脂/天然黏土的奈米級複合材料，以改善環氧樹脂材料特性，包括熱性質、阻氣性…等。本研究將天然無機層狀材料以離子置換法進行改質，雙改質系統選用2-苯基咪唑(2-Phenylimidazole ,PI)及氯化苄二甲烴銨(Benzokonium chloride ,BEN)作為改質劑，單改質系統選用二苯基-(4-苯基硫)苯基硫六氟銻酸鹽及二[4-二苯基硫苯基]硫醚二六氟銻酸鹽(Diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfonium hexafloroatimonate and (Thiodi-4,1-phenylene)bis(diphenylsulfonium) dihexafluoroatimonate,C1176)，製備成二種不同的有機官能化改質型天然無機層狀材料，透過X光粉末繞射分析儀(XRD)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FT-IR)、掃描式電子穿透顯微鏡(SEM)判別經改質製程改質型天然黏土層間距變化及鑑定其改質型黏土之官能基，以及實際的堆疊情形與表面型態，再利用熱重分析儀(TGA)改質型無基層材之插層量所佔之比例。改質型無基層材進而與光固型環氧樹脂單體反應生成環氧樹脂/天然黏土奈米複材，對其熱穩定性、阻氣性、吸水性、親水性及耐刮和附著度性質相互比較並探討影響之原因。 奈米複材藉由X光粉末繞射分析儀(XRD)與穿透式電子顯微鏡(TEM)驗證層狀材料在環氧樹脂中的分散型態，並利用熱重分析儀(TGA)和動態機械分析儀(DMA)測量其熱裂解溫度(T5d)及玻璃轉移溫度(Tg)的變化，添加雙改質系統CL120-PI/BEN熱裂解溫度可增加53.5 ℃，玻璃轉移溫度上升 7.39 ℃，添加單改質系統CL42-C1176及CL120-C1176於80 %環氧樹脂中熱裂解溫度可分別提升73.2 ℃及59.1 ℃，玻璃轉移溫度則分別上升39.23 ℃及55.23 ℃；阻氣性質之探討由氣體滲透分析儀(GPA)量測得雙改質系統其氧氣及氮氣BIF值分別為1.2874及1.3398，單改質性多數均無氣體滲透；吸水率實驗顯示雙改質系統吸水率上升1.04 %，而單改質系統於80 %環氧樹脂中最多分別減少0.30 %及0.23 %；親疏水性使用接觸角分析儀測得雙改質系統接觸角提升由至70.52°，而單改質系統CL42-C1176及CL120-C1176，於80 %環氧樹脂中最明顯增加之接觸角分別為84.32°與77.05°；最後利用鉛筆硬度法和百格測試檢視複材之耐刮性及附著度，顯示雙改質系統中硬度提升至4H，耐刮性到達6H； 單改質系統中CL42-C1176於80 %環氧樹脂中硬度最高上升達4H，耐刮至6H；而CL120-C1176於80 %環氧樹脂中硬度最高同樣上升至4H，但耐刮性達到7H等級；而添加無機填充物後附著度上升一階層達到4B等級。

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氫氧化鋁粉對鋁與水化學產氫速率的影響

一般常溫常壓下使用鋁粉與水混合的方式來取得氫氣非常困難，由實驗可知加入催化劑氫氧化鋁可以使反應速率加快，並發現莫耳比1:3.5之硝酸鋁與氫氧化鈉混合，在冰浴下合成48 小時的氫氧化鋁擁有不錯的催化效果Al : Al(OH)3 : H2O = 3g : 10g : 30 mL系統中，水溶液pH=12時，90秒內就可以完全產氫完畢並達到100% 理論產氫量。 經由場發射掃描式電子顯微鏡 ( FE-SEM ) 顯示此氫氧化鋁擁有片狀外形、顆粒較細(~100-300nm)，並且在粉末X-Ray繞射儀（Powder X-ray diffraction，XRD）鑒定下為Bayerite晶向結構。 雖然自製條件之氫氧化鋁對於鋁與水產氫有很大的幫助， 卻有著產量太少且製備時間過長等等的缺點， 因此本研究專注於催化劑製備上對於鋁水產氫效果的影響， 為了節省催化劑的用量而嘗試新的快速產氫比例，在更少的 比例下可以得到原先大分量比例一樣的反應效果，並且藉由不同的球磨方式，有效的減少催化劑用量而不影響其產氫效果。 此外本研究發現添加CTAB可以促進β相氫氧化鋁的合成， 將原先所需的時間縮短一半即可以產生未添加時更明顯的六角片狀結構與更好的產氫學果。 良好產氫效果的氫氧化鋁皆為片狀結構之β相， 此晶向比起市售非結晶相、α相、AlOOH等氫氧化鋁催化效果都來的優良，為了可以更快速與大量的得到此晶向， 我們研究如何將市售非β相的氫氧化鋁轉變為具有較多活躍位置(active site)的六角形結構。藉由不同濃度硝酸回溶商用氫氧化鋁粉可以成功將其轉相， 並去探討不同廠牌在不同的清洗條件與鹼性濃度下回溶出的產率與產氫效果， 並以我們自行合成的氫氧化鋁當作最佳標準做比較。

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含甲咪配位基與雙醯胺吡啶配位基之配位高分子研究

本論文主要分別探討含甲咪配位基與雙酼胺吡啶配位基之配位高分子的結構與特性。 第一部分是藉由鈐木反應合成出4-(pyridin-4-yl)aniline做為起始物，再和triethyl orthoformate與醋酸銅在THF溶劑下以一步水熱合成法反應得到化合物{Cu4(OAc)4(4-pyanf)2}n, 1。 第二部分以起始物4-aminopyridine或4-(aminomethyl)pyridine 和triethyl orthoformate與氯化鈷在THF溶劑下以一步水熱合成法反應得到化合物{[Co(4-pyf)Cl}·THF}n, 2和{[CoCl2(4-Hmpyf)]·0.5THF}n, 3。 第三部分以N,N’-二-(4-吡啶)癸二醯二胺(L)與苯二乙酸輔助配位基搭配二價鈷金屬藉由水熱法合成{Co(L)0.5(1,2-PDA)(H2O)}n (1,2-PDA = 1,2-phenylenediacetic acid)，4，與{Co(L)1.5(1,3-PDA)}n (1,3-PDA = 1,3-phenylenediacetic acid)，5。 這些化合物藉由單晶X-ray繞射儀來鑑定其結構，更進一步藉由元素分析儀、粉末X-ray繞射儀、熱重分析儀來研究化合物的特性以及針對化合物4、5對甲基藍的光降解特性來研究。化合物1為一同時具有不同價數雙核銅的一維配位高分子。化合物2是第一個藉由甲咪配位基所形成的鈷金屬三維配位高分子，並具有sqc5603的拓譜學結構。化合物3為一維的配位高分子。化合物4為二維的配位高分子，並具有sql的拓譜學結構。化合物5為一個5-fold 交互貫穿且多聚連鎖的三維結構，每個單元具有(48,62)的拓譜學。

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材料與結構的改變對鈣鈦礦太陽能電池的影響

本研究以鈣鈦礦太陽能電池為主軸，探討使用溶液製程改變其材料及結構對於鈣鈦礦太陽能電池之影響，基於CH3NH3PbI3作為吸光層所製作而成的薄膜型太陽能電池，這類型材料有成本低、易成膜、光吸收性好等特性，本研究分為三個部分，一為一步驟鈣鈦礦薄膜的塗佈研究，二為兩步驟鈣鈦礦薄膜的塗佈研究，三為不使用孔洞層之鈣鈦礦太陽能電池。 於研究第一部分為使用商用TiO2漿料作為電子傳輸層，以一步驟旋轉塗佈法方式使鈣鈦礦沉積於TiO2薄膜上，並於旋轉塗佈過程中滴上甲苯使甲苯藉由離心力洗刷鈣鈦礦層表面進而得到平整的鈣鈦礦層薄膜，實驗所得之光電轉換效率為10.55%。 於研究第二部分使用商用TiO2漿料作為電子傳輸層，吸光層材料替換以FAI(1M)、PbI2(1.1 M)、MABr(0.2 M)、PbBr2(0.2 M)配方，以一步驟旋轉塗佈法方式使鈣鈦礦沉積於TiO2薄膜上，實驗所得之光電轉換效率為6.38%。 於研究第三部分則是於商用TiO2漿料為電子傳輸層上以Li-TFSI參雜Li離子，藉由Li離子的參雜降低電阻來提升光電轉換效率，實驗所得之光電轉換效率為11.01%。

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P(vdf-hfp)/Pyr14TFSI膠態電解質之製備及其在可撓式鋰離子二次電池之應用

本研究製備P(vdf-hfp)高分子/ Pyr14TFSI離子熔液之複合膜，測試其性質並探討其做為可撓式鋰離子二次電池電解質之可行性。研究結果顯示成功製備高分子複合膜，且因熱穩定性及難燃性高之離子熔液的摻入，顯著提高此類高分子複合膜之安全性。結果亦顯示，以40wt%高分子配上0.6m離子熔液之配方(PYR14_6)所獲得之複合膜，在所致被之膠態電解質中具備最佳電化學性質。DSC測試結果顯示PYR14_6之高分子受鋰鹽影響大幅度降低Tm點、Tc點且及其對應之結晶性，7Li-NMR圖譜揭示PYR14_6中僅具一種鋰離子，亦即在該電解質中之Li+均在相同之環境下移動，無不同環境造成之阻礙，與由變溫導電度測試所得具最低活化能(2.293 KJ/mole) 之結果吻合。此外，以該膜與磷酸鋰鐵電極製備之半電池以0.2C充放電速率進行測試，電容量可達到140 mAh g-1，且經50圈充放電亦只有10%的損耗。而利用5C充放電速率進行高速充放電，電容量亦達40 mAh g-1大幅領先目前已報導之結果。最後以磷酸鋰鐵正極、碳負極及PYR14_6組成可撓式全電池，以0.2C充放電速率進行測試結果顯示，在彎曲的狀況下電容量依然有130 mAh g-1。本研究之結果顯示，所製備之含離子熔液複合膜為一有潛力之安全、可撓式膠態電解質。

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鈣鈦礦太陽能電池的發展及未來展望

從2009年以來鈣鈦礦型太陽能電池為一種廣受關注的新型太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池是由許多不同的層組成，在兩個電極接觸層，具有吸附鈣鈦礦材料的多孔導電層，和空穴傳輸層。 鈣鈦礦太陽能電池是由染料敏化太陽能電池發展而來，並克服染料敏化太陽能電池缺點，以固態電洞傳輸材料取代液態電解液。 在新穎鈣鈦礦太陽能電池中，不可缺少的物質是一種有機金屬鈣鈦礦具有通用分子式為ABX3 ，是由中央陽離子（主要是鉛），甲基胺配體（ CH3NH3 +），和三個鹵原子（主要是Cl和Br和I）所組成。 本文總結了近年來的鈣鈦礦型太陽能電池，其中包括鈣鈦礦太陽能電池的發展過程，不同製作鈣鈦礦薄膜的方法，並簡述鈣鈦礦電池未來的挑戰和前景的發展。目前最新鈣鈦礦電池已經朝無鉛系統發展，並利用鈣鈦礦材料輕薄軟的特性發展出可撓式柔軟基板。

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矽酸鋰錳正極材料之製備及其在鋰離子二次電池之應用

矽酸鋰錳正極材料因含有高理論電容量，素來被視為具有高發展性之正極材料，然而因材料自身導電度低因此無法完全釋放兩個鋰離子，並且充放電過程中電容量衰退現象使得仍無法實際應用，如何改善導電度，提高實際之電容量，且不影響製備電極之困難度仍然值得探討。 本研究主要以四乙基矽氧烷為矽源，醋酸錳為錳源，並選擇高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為碳源，改善材料之導電度，利用熔膠凝膠法及高溫鍛燒方式，調整各樣參數探討不同製備程序及PVP添加量對材料電容量之影響，製備出一系列矽酸鋰錳正極材料。 本研究利用元素分析儀測量碳含量結果顯示，所製備之材料碳含量均低於10%，未明顯降低正極材料之有效活性。藉由XRD鑑定得知，所合成出之材料均為斜方晶結構，場發式掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察其形貌與二次粒子粒徑大小，並由氮氣吸脫附測試材料之比表面積、孔體積與孔徑大小等性質。電化學特性量測結果顯示，在所製備之正極材料中，以添加高分子含量40wt%之樣品LMS6，其碳含量為5.79%，在鋰電池應用上具有最高之放電電容量；以0.1C速率進行充、放電，其放電電容量可達156.5mAh g-1，歸因於較小之二次粒子粒徑尺寸(約15nm)，有效縮短鋰離子擴散路徑，及增加材料比表面積，使電解液容易滲入材料表面。   此研究以PVP為碳源除有助溶膠凝膠之進行外，對材料表面披覆導電碳層上，有助於抑制二次粒子生長，以改善矽酸鋰錳的電化學表現特性，此外，亦證實所製備之最佳矽酸鋰錳材料在放電時，有第二鋰離子嵌出之現象。本研究顯示適當之製備方法，可改善矽酸鋰錳之電容量，成為一種有潛力之正極材料。

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有序中孔碳材 CMK-3 結合高分子製備整體成形材料對磺胺類藥物與防腐劑進行固相微萃取

本論文率先運用中孔有序碳材(orderd mesoporous carbon, OMC)CMK-3之大表面積、大孔洞體積與均一孔徑分佈等優勢，結合高分子製備CMK-3-高分子(CMK-3-polymeric monolith, CMK-3-polymer)整體成形材料，以其做為SPME的吸附材，針對磺胺類藥物(sulfonamides)及防腐劑(paraben)進行固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)。實驗過程使用石墨烯(graphene)、活性碳(activated carbon, AC)、CMK-3及CMK-8四種孔洞碳材做為吸附劑萃取磺胺類藥物及防腐劑，個別進行萃取條件最佳化，並以毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)進行回收率之檢測，最後比較不同結構及孔洞性質的孔洞性碳材對於分析物萃取效果差異。 實驗結果顯示，以32 wt% CMK-3所製備之CMK-3-polymer，對磺胺類藥物萃取擁最好萃取回收率，原因為中孔有序碳材除了本身碳結構芳香環具豐富π電子結構外，更具有均一且有序的2D中孔結構，使分析物與CMK-3-polymer有大的接觸面積，增強兩者間π-π作用力，其不僅有好的吸附能力亦有好的脫附性能，因此可得79.7 - 100.8%之回收率，column to column回收率76.8 - 99.1%且相對標準偏差(relative standard deviation, RSD%)(n=3)小於3.6%，可知CMK-3-polymer具有良好再現性與穩定性。 CMK-3-polymer對於防腐劑亦具有優異的萃取效果，以26 wt% CMK-3、pH 2樣品基質、MeOH做為脫附溶劑為最佳化條件下，對parabens進行固相微萃取，可得回收率為88.9 - 96.6%，RSD小於2.1%，顯示其對於疏水性質之分析物parabens也具有好的萃取效果。

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金屬有機骨架溶液與二氧化鈦材料在太陽能電池上之應用

在本論文研究第一部分是以傳統鈣鈦礦太陽能電池為整體核心，並對每一層進行修飾與改善，嘗試找出個人能做出最高效率之太陽能電池，其中包括了前驅物的純度、配方的調整、厚度上的改變，在元件的鑑定上則以J-V曲線判定元件是否優良以及輔以SEM圖來進行說明以及判斷整體結構上的差異，並於第一部分結束時光電轉換效率來到了11.6 %。 在本論文研究第二部分是以第一部份之最高效率成果為核心，並將原件半成品泡入金屬有機骨架溶液 (MOF solution)，讓金屬有機骨架溶液對二氧化鈦多孔層(電子傳遞層)進行改善，以浸泡不同分鐘、浸泡完收尾溫度、泡法的改良去進行該實驗，到了第二部分的尾聲，光電轉換效率來到了12.9 %，相比於未浸泡之前提升了11.20 %，而逆掃效率數據則到了14.1 %。