化學/Chemistry
中國化學會,正常發行
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近年來，摩擦奈米發電機（TENG）的發展使得外界環境的機械能能夠被收集轉換成電能，從而在無需外接電源的情況下，作為抗菌系統的電力來源。在此，我們介紹了TENG在抗菌領域的一些重要應用，包括空氣淨化系統、水淨化系統、傷口癒合治療系統。我們簡要介紹了抗菌電極材料和TENG的抗菌機制，強調了TENG具備殺菌功能的原因是藉由材料表面的特性（如：產生高壓電場、促使活性氧物質生成等）。然而，以TENG為自供電抗菌系統的基礎仍然存在許多挑戰，包括如何生產大尺寸發電機、如何提升輸出性能以及如何提升使用時間之長度。我們提供了與下一代自供電抗菌系統相關的挑戰和潛在解決方案的觀點。在未來，與傳統的抗菌系統相比，以TENG為基礎的抗菌系統將成為極具前景的替代方案。
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在過去的十年中，二維（2D）過渡金屬二硫化物（TMD）在光電材料、光催化和氣體感測器等許多領域得到了研究。此外，近期Janus 2D TMDs材料的發展也相當令人關注。Janus 2D TMDs是具有獨特不對稱結構的新一代二維材料，可用於壓電材料和氣體感測器之應用。在本篇文章中，我們使用密度泛函理論計算一氧化碳（CO）與一氧化氮（NO）分子在無缺陷和有缺陷的Janus MoSSe單分子層上的感測性質。我們的結果顯示在無缺陷的Janus MoSSe單分子層上CO和NO分子吸附能都不大，但相比之下NO分子略大於CO分子。此外在有缺陷的Janus MoSSe單分子層上，CO和NO分子吸附能的吸附能會急劇增加，增幅分別為10倍和15倍之多。經由電子結構分析後，我們發現無論無缺陷和有缺陷的Janus MoSSe單分子層都會將電子傳遞至NO分子的π*軌域，尤其在具缺陷之表面上特別強烈。由於NO分子與Janus MoSSe單分子層之間的強化學交互作用力，使得NO分子的感測效果皆優於CO分子，其中當經由缺陷工程所形成之具缺陷的Janus MoSSe單分子層對NO分子的吸附力相當高，因此可做為新型的氣體／固體介面形式之半導體化學感測器材料。
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化學動力治療（chemodynamic therapy, CDT）是一種新興的腫瘤治療手段，可通過奈米催化體系，將內源性化學能轉換成具有細胞殺傷性活性氧物質，從而抑制腫瘤生長。鐵、銅、錳等過渡金屬，是常見的催化中心位點，可藉由腫瘤微環境弱酸性和H_2O_2過量等特點，通過芬頓或類芬頓反應，催化H_2O_2生成OH，引起腫瘤細胞氧化損傷並誘導細胞凋亡。由於CDT具有腫瘤特異性高，不需要外源能量輸入等優點，可用於深部腫瘤治療，擁有良好的應用前景。儘管如此，現階段CDT治療效率並不理想，尚未有臨床試驗進行。本文除回顧近年來相關研究發展，說明CDT的重要機理外，也將從發展高效能奈米催化劑、改善腫瘤微環境，以及聯合其他治療方法的三個面向，闡述CDT治療局限性和效率提升的重要發展方向，並針對未來研究趨勢進行展望。
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這個研究旨在利用時間解析的UV-vis光譜探討平版奈米銀膠體與蛋白質的交互作用。首先，我們可以利用三階段光化學法合成具有非常窄銳以及對稱的侷限表面電漿子共振（LSPR）波峰的平版奈米銀膠體溶液。不同濃度的天然人血清白蛋白或者以二硫蘇醇（DTT）還原過的人血清白蛋白加入平版奈米銀膠體溶液，都可以觀察到其LSPR波峰位置隨著時間逐漸位移。當平版奈米銀膠體溶液的LSPR波峰位置加入4-5 μM的天然人血清白蛋白，其波峰位置僅僅由670 nm紅位移至681 nm。然而，加入濃度範圍為3.0-4.0 μM的DTT還原人血清白蛋白，平版奈米銀膠體溶液的LSPR波峰位置可以大幅度紅位移30至55 nm。不管位移的量為何，這些紅位移對應到蛋白質冠冕逐漸的生成，由動力學分析，其生成時間大約為10-300 s之間。同時我們也觀察到，當所加入的DTT還原人血清白蛋白的濃度低於2.0 μM時，平版奈米銀膠體溶液的LSPR譜帶會產生藍位移，此藍位移應該對應到緩衝溶液中氯離子對未受蛋白質完全保護的平版奈米銀的截角作用。進一步，當DTT還原人血清白蛋白的濃度為2.5 μM時，在加入後300秒左右會在較長波長的位置（742 nm）出現第二個LSPR譜帶。此雙峰分佈應該對應到DTT還原人血清白蛋白吸附於奈米銀後所誘導的聚集作用。以我們目前所知道的，很少奈米材料像平版奈米銀一樣可以在這麼短的時間內具有這麼多元的演化命運（截角、聚集以及蛋白質冠冕生成等）。我們相信這個研究可以為以簡單光譜方法深入探討電漿子奈米粒子與生物分子相互作用的研究鋪路。
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由於環保意識的抬頭，工業上有些重要的化合物合成方式過於耗能。其中氨（NH_3）就是其中最重要的一種化合物。氨的應用範圍相當廣泛，例如：植物肥料到化學炸藥都需要氨做為其原料。而目前氨的合成方法依然使用高耗能的哈伯法製造。近期的研究顯示，電化學產氨被認為是有潛力取代哈伯法製氨的一種方式。然而，這個方法本身具有幾個限制因素，例如：氮氣在觸媒表面的吸附能力較低及電化學還原的過程中與析氫反應的競爭等，此兩個因素導致產氨低產率的問題。因此，至今科學研究正在努力尋找解決這問題。另一個概念是從硝酸根的回收再利用電化學產氨的方式來思考，農業蓬勃發展至今，氮基肥料的貢獻功不可沒，半導體業在製程過程中也使用大量的硝酸鹽類。因此造成了另一個隱形的憂患—NO3^-。如果排出許多NO3^-到自然水源中，對環境甚至我們的健康會造成威脅。因此，在本文章中，分享我們近期在研究上針對電催化氮氣還原反應（NRR）、硝酸根還原反應（NtRR）兩個主題的初步研究成果，希望提供對這領域有興趣的研究學者能夠有初步的認識，並提供電催化NRR及NtRR現今挑戰的觀點。
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降低二氧化碳於地球大氣層中的濃度而達到「氣候中和」與「淨零排放」，是全球密切關心的重要議題。利用半導體奈米異質結構進行光催化二氧化碳還原或水分解反應，不但能減輕溫室氣體對環境帶來的變異，產物亦可作為化學燃料或有價值的化學品再次利用，此產物亦稱為「太陽燃料」，在近年來吸引了諸多研究熱潮。半導體奈米異質結構的特性將決定其應用於光催化之活性，利用時間解析光譜技術，可分析半導體奈米異質結構經由能帶結構調控後，界面載子轉移及複合程序對於光催化反應之影響。臨場暫態吸收光譜技術，可即時探測半導體奈米異質結構與分子進行化學反應時，激發態載子的動力學模式。透過載子動力學研究，可建構出半導體奈米異質結構提升光催化活性之機制，以期未來實際應用於太陽燃料生產技術上。
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利用可再生電能將二氧化碳轉化為燃料和化學品，即二氧化碳電催化還原反應（CO_2RR），近年變得越來越重要，但依舊面臨著催化劑低活性問題和產物選擇性的挑戰。最近，越來越多的研究表示，在高負電壓的CO_2RR條件下，氧化的中間物質仍然可以在催化劑表面存活，並在發揮關鍵作用下影響催化的產物選擇性。然而，催化劑表面化學狀態的動態變化及其與產物選擇性的真正相關性仍有待釐清，且依舊是CO_2RR最具爭議的問題之一。在此，我們特別重新調查了最近的CO_2RR相關研究，這些研究均基於先進的臨場量測方法，旨在清楚地解釋工作條件下表面化學狀態的實際變化。內文整理了當前具有不同金屬中心於最先進催化劑中的最新發展，其中調控特定表面化學狀態能影響CO_2RR產物，這表示動態化學狀態與產物分佈之間存在令人強烈的關聯性。接下來，我們進一步整理了調節催化劑表面化學狀態的開發策略，並討論了在CO_2RR過程中化學狀態對產物分佈影響的爭論。最後，在以往成果的基礎上，提出CO_2RR催化過程中其產物分布之化學狀態的挑戰和觀點。
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表面（Surface）是固態材料與外界交互作用的一個界面，此界面可能只佔有樣品厚度的萬分之一，卻是樣品與外在環境接觸最直接且反應最劇烈之交界，不同的材料性質與緻密程度皆會影響界面與外界的交互作用程度，因此本篇文章透過不同的表面分析技術（X光光電子能譜儀、歐傑電子能譜儀、飛行時間－二次離子質譜儀）檢測元件最表層（～10 nm）的化學特性，用以了解半導體材料表面的成份、化學組態、分子分佈及小範圍材料表面形貌與成份差異等資訊。此外，本研究亦使用紫外光光電子能譜儀（UPS）、低能量反轉光電子能譜儀（LEIPS）及可調控式氣體團簇離子束（GCIB）等相關技術對半導體材料之能隙變化及濺射行為進行一系列探討，用以發展多元面向的下世代半導體薄膜檢測技術。