國立臺灣大學化學系

論文全文：Hydrogen Plasma Treatment Compensates for the Intrinsic Defects in Cs2AgBiBr6 Thin Films  於 2024 年 11 月 19 日 發表於 The Journal of Physical Chemistry C：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.4c05773 作者名單：Heng-Chi Chu, Chieh-Ming Hung, Hsin-Chen Huang, Shih-Chang Weng, Bi-Hsuan Lin, Song Yang, Yu-Hao Wu, Kai-Hsin Chang, Jing-Jong Shyue, Pi-Tai Chou*, and Chang-Ming Jiang* 鹵化物雙鈣鈦礦材料 (halide double perovskites) 因其低毒性和高穩定性，在過去十年中作為替代含鉛鈣鈦礦的理想選擇備受研究，在光伏和放光元件領域中受到廣泛關注。其中，最具潛力的材料之一是 Cs2AgBiBr6，但其過寬的光學能隙 (optical bandgap) 和低載子遷移率為其應用發展帶來挑戰。一個很有潛力的策略是藉由引入 B 位無序結構 (B-site disorder) ，以提升其可見光吸收能力，進而提高其作為太陽能電池的效率。然而，這種無序不可避免地導致 AgBi 錯位缺陷 (Ag-on-Bi antisites) ，從而引發非輻射復合損失（non-radiative recombination loss）。本系姜昌明助理教授與周必泰教授實驗室合作的研究展示了通過氫電漿後處理（hydrogen plasma post-treatment）可以有效彌補Cs2AgBiBr6 中的 B 位反位缺陷，顯著提高其自陷激子 (self-trapped exciton) 的發光壽命 (lifetime) 和近十倍的光致發光強度（見圖一）。本系研究團隊發現，氫化處理後材料的 n 型特性顯著增強，特別是在 Bi 和 Ag 的鍵結環境中產生了顯著變化。此外，結合變溫光譜和 X 射線繞射分析容許了對於氫與 Cs2AgBiBr6 雙鈣鈦礦之間複雜交互作用的深入解析。然而，當溫度低於立方到四方 (cubic-to-tetragonal) 相變溫度時，氫反而會作為非輻射復合中心，減弱了其缺陷彌補的能力。本研究揭示了氫摻雜在 Cs2AgBiBr6 材料中的重要作用，同時強調了氫電漿後處理在新型光電元件開發中的潛力。 圖一: (a) 經過不同時程氫電漿處理後Cs2AgBiBr6薄膜的自陷激子光致放光光譜 。(b) 由瞬態吸收光譜法測得之光激電子在750 nm處之動態學。 (c) Cs2AgBiBr6經氫電漿處理前後之能帶結構比較。  

論文全文：Anomalous Giant Superradiance in Molecular Aggregates Coupled to Polaritons 於 2024 年 9 月 17 日 發表於 Physical Review Letters：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.128001 作者名單：Yi-Ting Chuang and Liang-Yan Hsu* 在Dicke有關超輻射(superradiance)開創性研究的七十年後，我們揭示了一種新型態的超輻射現象，該現象發生於分子聚集體(molecular aggregates)與表面電漿子­‑電磁極化子(surface plasmon polaritons)偶合時，其集體放光速率的增強顯著超越了著名的「Dicke’s N倍定律」。為了探究這一現象，我們推導出一個適用於任意介電環境中的超輻射速率解析表達式，揭示出超輻射速率的增強可以大致歸因於兩個因素：「偶極增強(dipole enhancement)」和「譜增強(spectral enhancement)」。其中，偶極增強與經典的真空中超輻射速率增強機制一致；而譜增強則是本研究中引入的新概念，它解釋了在介電環境中觀察到的巨大超輻射現象。此外，我們也強調了分子間偶極-偶極交互作用(intermolecular dipole-dipole interactions)在這種異常超輻射增強中所扮演的關鍵角色。本研究為在介電環境中探索分子聚集體的超輻射現象開闢了新的研究方向，並提供了一種操控分子層級放光的新方法，在開發高效率發光裝置方面具有潛在的應用前景。 圖一、分子聚集體與表面電漿子­‑電磁極化子耦合時的超輻射速率增強。

論文全文：Wood cellulose microfibrils have a 24-chain core–shell nanostructure in seed plants 於2023年6月22日發表於《Nature Plants》：https://www.nature.com/articles/s41477-023-01430-z 作者名單：Hwan-Chin Tai*, Chih-Hui Chang, Wenjie Cai, Jer-Horng Lin, Shing-Jong Huang, Qian-Yan Lin, Eric Chung-Yueh Yuan, Shu-Li Li, Ying-Chung Jimmy Lin, Jerry Chun Chung Chan*, and Cheng-Si Tsao* 木材是人類發展史中重要的基礎材料與能源來源，也是未來可永續利用的再生性資源。木材細胞壁中的纖維素占一半重量比例，可說是地球上最豐富的有機物質，占全球生物質量的四分之一。雖然木材纖維素的結構研究已有百年歷史，其奈米結構卻懸而未決，每束纖維素微纖絲（cellulose microfibril）含有多少條葡聚糖是爭議的焦點。雖然電子顯微鏡與原子力顯微鏡具備解析單分子鏈的能力，卻無法分辨葡聚糖與周圍包覆的半纖維素，無法直接計算微纖絲的條鏈數。早在1913年，西川正治教授就已經利用小角度X光散射（SAXS）觀察到木材纖維素的分子排列具有方向性，但是百年來卻一直缺乏完整的理論模型來進行定量分析。 在化學系前專任老師戴桓青教授的領導下，本研究利用台灣TPS第三代同步輻射光源的BioSAXS光束線大幅提升對於木材的測量訊號。台大材料系曹正熙兼任教授發展新穎模型，提出SAXS分析模式中加入長度效應之考慮，如果知道木材中核區與殼層的纖維素分子比例，透過擬合便可計算出核區的葡聚糖條鏈數。雖然原則上我們可以利用碳13固態核磁共振訊號測量纖維素在不同區域的比例，但由於半纖維素與纖維素的碳13訊號高度重疊，所以對此關鍵的分子比例在測量上向來有極大的誤差。為解決此難題，台大化學系陳振中教授團隊開發出GIFTED (Global Iterative Fitting of T1ρ-Edited Decay)脈衝序列，此技術利用纖維素與半纖維素分子因不同運動性的差異，在脈衝鎖場的條件下有不同衰減速率，大大提昇了纖維素在核區與殼層分子比例的精準度。結合這兩項新穎技術，我們成功估算出木材微纖絲的葡聚糖條鏈數，意外得出24條的結論，推翻了數十年來教科書中最常見的36條鏈模型。此成果解答了木材細胞壁研究百年來的纖維素結構難題，對於木材基因改良與纖維素資源的未來永續利用，具有重大意義。此外，GIFTED技術可廣泛應用在高分子等非晶態自然豐度的樣品，可解決或部份解決碳13光譜解析度不足的問題。 臺灣大學化學系研究生張智輝為為第一非通訊作者。GIFTED 技術由林千妍、袁崇越、黎書里共同開發。 圖一：木材結構示意圖。木材纖維素主要存在於縱向細胞次生細胞壁的S2層, 構成單元為納米微纖絲, 我們的研究結果首次確認每束微纖絲含有24條葡聚糖, 呈現出殼-核結構。

論文全文：Guiding Metal Organic Framework Morphology via Monolayer Artificial Defect-Induced Preferential Facet Selection 於2023年3月7日發表於《JACS Au》：https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00692 作者名單：Pubali Kar, Chang-Ming Wang, Chia-Li Liao, Ta-Sheng Chang, and Wei-Ssu Liao* 金屬有機骨架的製作是近幾年一項相當熱門的課題，而其形貌結構與晶型往往能決定這類材料所展現出之獨特物理及化學性質。一般為控制這類結構的生長過程，在合成上多會採用添加特殊化學輔助分子的方式，但這類分子的存在有可能會導致所產出結構之特性改變，進而影響此類材料的終端應用價值。然而，使用不添加化學輔助分子的合成方法卻是非常罕見且具有挑戰性的。本系廖尉斯團隊在這項研究報導中首次提供了一種獨特的表面控制引導技術，成功達到金屬有機骨架結構的晶型誘導成長。這項技術採用表面單分子層之選擇性拔除方法來製作人造單分子層缺陷，以分散於表面上之分子末端官能基作為晶種成核點，並利用人造單分子層缺陷中所暴露出之分子骨幹鏈提供分子間作用力來引導金屬有機骨架晶面的選擇性成長。使用這項技術所成長出之不同晶型金屬有機骨架上的微小孔隙結構更可作為金屬奈米團簇的生長模板，以不須額外添加保護基的成長方式原位還原金屬離子來鑲嵌上擁有特定排列的金屬粒子陣列，而這種獨特的結構更展現出從未被發現過的光學特性。這項技術的成功將為金屬有機骨架成長控制提供一種新的思維，而其特殊之光學性質也將開拓出更多未知的結構特性探究與應用價值。

論文全文：Corrosion of plasma sputtering medium entropy alloy thin film: A multidisciplinary perspective 於2023年2月1日發表於Corrosion Science：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111020 作者名單：Kai-Chi Chuang a, Yu-Yen Chang a, Ching-Yu Chiang c, Yun-Chung Liu d, Hao-Hsuan Hung d, Ko-Kai Tseng b, Jien-Wei Yeh b*, Hsiu-Wei Cheng a* 以電漿濺鍍製備的多主元素合金（MPEAs）薄膜對於擁有廣泛應用的功能性多層材料設計極為重要。為了研究其電化學穩定性，我們研究一套由不同分析儀器組成的分析方法，包含即時的光學顯微鏡結合感應耦合電漿質譜（ICPMS）和電化學表面電漿共振儀（EC-SPR）技術，以及腐蝕反應後X射線光電子能譜儀（XPS）和X射線吸收光譜（XAS）的鑑定。與先前對於合金塊材的研究相比，我們觀察到使用電漿濺鍍技術的兩種合金/金薄膜，在反應性上有明顯的差異。根據X射線光電子能譜儀、X射線吸收光譜和電化學表面電漿共振儀的結果，我們提出鎳鈷鉻合金層與金層之間界面邊緣處所形成的氫氧化鉻，是削弱鎳鈷鉻/金系統之抗腐蝕性的原因。 圖一: 自製腐蝕即時分析裝置之示意圖。(a) 光學系統、電化學流體槽及樣品放置方式。(b) 流體槽液體流動路徑及電極放置方式之側視放大圖。(c) 薄膜樣品製備方式。(d) 在常規脈衝伏安法下的質譜時域圖，內插圖為脈衝序列示意圖。(e) SPR樣品分析示意圖及SPR角度解析之量測光譜圖。