Universal Interfacial Engineering via Amorphous Inorganic Binders: Passivating Surface States and Accelerating Hole Transfer across Metal Oxide Photoanodes in Photoelectrochemical Water Oxidation

Po-Keng Hsiao, Yen-Lun Kung, Yun-Pei Liu, Shih-Wen Tseng, Tetsu Yonezawa,

Chun-Hu Chen*, Ying-Chih Pu*

J. Phys. Chem. Lett. 2026, 17, 17, 5139–5147

國立臺南大學 材料科學系 蒲盈志教授
國立中山大學 化學系 陳軍互特聘教授

光電化學 (PEC) 水分解產氫技術中，金屬氧化物光陽極在產氧反應 (OER) 的效率，往往是決定整體系統效能的關鍵因素。傳統上會在光陽極表面修飾氧析出共催化劑，以提升界面電荷傳輸能力與材料穩定性。然而，多數相關製程需經過複雜的多步驟處理或高溫水熱反應，不僅操作繁瑣，也不利於製程重現與大面積應用發展。本研究提出一種簡單且快速的酸性氧化還原輔助沉積 (ARD) 方法，可在常溫環境下於數分鐘內，在釩酸鉍 (BiVO₄) 光陽極表面形成一層極薄(約3.5 nm) 的非晶態鈷錳氧氫化物 (CMOH) 薄層。此薄層具有良好的均勻性與高光學透明性，不會影響BiVO₄原有的結構與光電特性，卻能顯著提升其光電流密度與整體光電轉換效率，在0.66 V_RHE下的外加偏壓光電轉換效率 (ABPE) 可達1.68%。效能提升主要來自於CMOH層能有效鈍化BiVO₄表面缺陷，降低缺陷導致的激發態載子復合現象，使光生電洞能更順利傳輸至電解液界面，進而提升OER活性。此外，ARD製程具有高度通用性，可應用於多種金屬氧化物光陽極 (如WO₃與ZnO) ，顯示其在不同材料系統中皆能有效改善界面載子動力學。同時，ARD方法亦具備引入多種過渡金屬的彈性，使薄層組成可依需求調整。整體而言，本研究提供了一種兼具簡便性、有效性與可擴展性的界面工程策略，不僅有助於提升PEC水分解產氫效率與穩定性，也為未來大面積應用與實際能源系統發展提供了重要的技術基礎。  

Biocatalytic Applications and Mechanistic Insights of Deoxypodophyllotoxin Synthase

Charalambos Michael, Yu-Cong Zheng, Mark W. Ruszczycky, Nian-Qi Chen,

Chao-Hsuan Lin, Wei-Yu Lin*, and Wei-chen Chang*

J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 16394–16403 

高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系 林韋佑教授
美國北卡羅來納州立大學 化學系 張瑋成教授

(−)-鬼臼毒素(podophyllotoxin)為具抗病毒與抗腫瘤活性的天然木脂素，亦是多種藥物的重要前驅物。然而，其傳統製備過程繁複且耗時，促使科學界積極探索其生物合成機制。研究指出，脫氧鬼臼毒素合酶(deoxypodophyllotoxin synthase, DPS)為關鍵酵素，能催化(−)-亞太因(yatein)進行氧化環化反應，建構其四環核心結構。近期，美國北卡羅來納州立大學張瑋成教授與高雄醫學大學林韋佑教授團隊合作，發展出高效率化學酶法策略。該方法利用過量表現DPS之冷凍乾燥全細胞，直接催化(+)-羥亞太因生成(−)-鬼臼毒素。透過同位素標記與結構分析，研究揭示反應涉及異面碳–碳鍵形成，並與碳正離子中間體機制相符，亦確認關鍵胺基酸對反應選擇性的影響。此成果不僅提升鬼臼毒素的製備效率，亦可應用於抗癌藥物依托泊苷前驅物的開發，展現DPS於新藥研發與生物催化領域的重要潛力。本研究特此獻呈於陸天堯教授八十華誕，以表崇高敬意。

Construction of p-Bi₂O₃/n-ZnO nanowire heterojunctions with enhanced photoelectrochemical properties  

Ying-Chu Chen, Meng-Lei Lu, and Yu-Kuei Hsu*

Chem. Commun., 2026, 62, 8919-8922

國立東華大學 光電工程學系 徐裕奎教授
國立臺北科技大學 化學工程與生物科技系 陳盈竹助理教授

利用半導體光電化學（PEC）產氫是永續能源研究的核心。然而，單一材料難以同時兼顧寬光譜吸收與高效電荷分離 。傳統的 n-ZnO 核心/p型氧化物殼層結構（如 CuO 或 Cu₂O）常因界面間存在巨大的價帶偏移（DE_VB 分別達 1.72 eV 與 1.5 eV），形成嚴重的電洞傳輸障礙，限制了元件性能 。為突破此屏障，本研究選用具備可見光活性（能隙 2.3–2.8 eV）且與 ZnO 價帶偏移極小（僅約 0.15 eV）的 b-Bi₂O₃ 作為 p 型配體 。團隊透過接續的水熱合成法與熱氧化製程，在 ZnO 奈米線（NW）陣列表面成功生長 Bi₂O₃ 殼層，建構出高效的 p-n 異質結 。實驗結果顯示，經過 400°C 退火優化後的 Bi₂O₃/ZnO 電極，在 0.3 V (vs. Ag/AgCl) 下展現出 0.6 mA cm^-2 的光電流密度，效能為純 ZnO 奈米線的三倍 。效能提升主要歸因於 p-n 結形成的寬耗盡層顯著強化了電荷分離效率，並克服了界面電洞傳輸的能障 。此研究證實了 p-Bi₂O₃/n-ZnO 體系在 PEC 水分解領域的應用潛力，為開發高效能光電極提供了新的設計思維 。 

Jou-Chun Lin, Meng-Chi Hsieh, Lo-Yu Lee, Yi-Cheng Su, Yi-Chia Chen, Yung-Yi Huang, Cheng-Chi Xiao, Chueh-Cheng Yang, Chun-Chih Chang*, Chia-Hsin Wang*,

and Di-Yan Wang* 

Applied Catalysis B: Environment and Energy 2026, 394, 126786

中國文化大學 化學工程與材料工程學系 張鈞智副教授
國家同步輻射研究中心 科學研究組-奈米科學小組 王嘉興小組長
國立臺灣師範大學 化學系 王迪彥教授

電化學硝酸鹽還原反應（NO3RR）被視為能同時解決水體硝酸鹽汙染與實現永續氨合成的極佳策略。然而，硝酸鹽還原涉及複雜的多電子與質子轉移路徑，且競爭性析氫反應（HER）會降低法拉第效率及產物選擇性 ，導致實際應用上具有極高的過電位。本研究針對此挑戰，系統性探討了電解液中鈉離子（Na⁺）與質子（H⁺）在電極-電解質介面的競爭交互作用。以銅奈米枝晶（Cu NDs）作為催化劑，並結合原位近常壓X射線光電子能譜（NAP-XPS）與基於第一原理的位能面掃描模擬，深入解析微觀的介面動態過程。在純NaNO₃環境中，Na⁺會大量聚集並競爭性吸附於催化劑表面，抑制了NO₃^-的結合，導致較高的過電位，並促使反應傾向生成亞硝酸鹽（NO₂^-）。相反地，當系統中存在H⁺時，則能促進NO₃^-吸附，進而大幅提升氨（NH₃）的產量與選擇性。本研究將巨觀的電催化效能與微觀的電雙層結構動態建立連結，釐清了中性介質中高過電位的成因，以及鹼金屬陽離子與質子如何主導NO3RR的選擇性機制，為未來設計高效、永續之電催化氨合成系統提供了關鍵的理論基礎與深刻見解。

Total Synthesis of the SJG-2 Glycan: General Strategies for Constructing Sterically Congested Sialylated Glycans

Yung-Yu Su, Avijit K. Adak, Yan-Ting Kuo, Hong-Jyune Lin, Ya-Syuan Li, Hsin-Kai Tseng, and Chun-Cheng Lin*

J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 12, 13296–13308

國立清華大學 化學系 林俊成教授

SJG-2 是一種源自棘皮動物、具促進神經再生活性的神經節苷脂，其醣鏈含有高度擁擠且罕見的三唾液酸七醣結構，長期因Gal上α(2,4)/α(2,3)雙唾液酸化與Gal-β(1,8)-Neu5Ac 鍵結極難建立而無法完成全合成。本研究首度完成 SJG-2 醣鏈全合成，關鍵在於以半乳糖構形反轉提高α(2,4)-唾液酸化效率，並透過保護基精細調控暫時抑制唾液酸C8反應性、再於後期恢復其親核性，成功完成關鍵 [4+3] 寡醣偶聯。這不僅解決一個懸而未決二十多年的合成難題，也建立了可延伸至其它高立體障礙複雜唾液酸醣的通用策略。

 

若用比較生活化的方式來說，這項工作就像挑戰一個幾乎沒有人拼成功過的超高難度立體積木。每一塊零件不但形狀特殊，還必須卡進極其擁擠、角度受限的位置，稍有不慎就會卡住或接錯。這篇論文合成方法的巧妙之處，在於研究團隊不是硬拼，而是先把某些零件轉到更容易接合的角度，再替其它暫時不該反應的位置加上保護套，等主要骨架完成後再依序打開，完成最後拼裝。這項研究不只是拼出一個複雜分子，更像是發明了一套能專門處理「最難拼積木」的組裝方法。

天然物全合成是一條漫長毅力與決心的挑戰，本研究工作有兩位博士生和兩位碩士生參與，前後歷經八年的努力才完成醣體全合成。

Engineering porous organic polymers for enhanced CO₂ capture: from synthesis to implementation

Mohammed G. Kotp, and Shiao-Wei Kuo*

Chemical Science 2026,17, 9407-9445 

國立中山大學 材料與光電科學學系 郭紹偉教授

近年來，全球暖化與淨零碳排議題受到高度重視，其中如何有效捕捉並減少二氧化碳 (CO₂) 排放，已成為材料科學與能源工程的重要研究方向。本研究團隊長期投入高分子材料與多孔有機材料研究，近年聚焦於「有機多孔高分子 (Porous Organic Polymers, POP) 」於碳捕捉技術之應用開發。此類材料兼具高比表面積、可調控孔洞結構、優異熱穩定性及化學穩定性，能有效提升 CO₂ 吸附效率與氣體選擇性，被視為新世代碳捕捉材料的重要候選者。本回顧性文章系統性總結多種 POPs 材料，包括共價有機框架 (COF) 、共軛微孔高分子 (CMP) 、共價三嗪框架 (CTF) 及超交聯高分子 (HCP) 等，並透過分子設計與官能基修飾，導入含氮、含氧或胺基等 CO₂ 親和性結構，以提升材料對 CO₂ 的吸附能力與 CO₂/N₂ 選擇性。研究顯示，藉由精準調控孔徑大小與極性環境，可有效增強 CO₂ 分子與材料表面的交互作用，同時降低材料再生所需能耗。

 

此外，團隊亦積極探討材料於實際環境中的應用潛力，包括直接空氣捕捉 (Directed Air Capture, DAC) 等技術情境，並進一步分析濕度、循環穩定性與工業化可行性等關鍵因素。研究成果顯示，POPs 材料不僅具有優異吸附效能，也展現良好的循環穩定性與應用前景。未來團隊將持續結合高分子化學、奈米材料與永續能源技術，發展高效率、低能耗之碳捕捉材料，期望為全球淨零排放與永續環境目標提供重要貢獻。 

Hydrophobic Surface Modification Enables Tandem Ag/Cu Catalysis for CO₂ Electroreduction

Yu-Cheng Liu, Kang-Shun Peng, Yu-Jhih Shen, Shao-Hui Hsu, Ching-Hsuan Chou,

Ya-Ching Chang, Ming-Hsuan Li, Ying-Rui Lu, and Sung-Fu Hung*

ACS Appl. Mater. Interfaces 2026, 18, 17, 24306–24316

國立陽明交通大學 應用化學系 洪崧富副教授

二氧化碳不僅是主要溫室氣體之一，也可作為製造燃料與化學品的碳資源。近年來，利用再生能源驅動電催化二氧化碳還原反應（CO₂RR），將二氧化碳轉換為乙烯、乙醇等高價值產物，已成為重要研究方向。本研究聚焦於銀／銅（Ag/Cu）聯繼催化系統，其中銀可先生成一氧化碳中間體，銅則進一步促進碳–碳鍵形成以產生多碳產物。然而，物理沉積製備的 Ag/Cu 層狀電極在流動式反應器中未呈現理想聯繼效果，主要原因為銀表面容易被電解液潤濕，阻礙二氧化碳傳輸至銀活性位點。為解決此問題，本研究以十二烷基硫醇（1-dodecanethiol, DDT）修飾銀表面，形成疏水自組裝分子層，使接觸角由 67.13° 提升至 138.56°。此疏水化策略有效降低電解液滲入、抑制產氫反應，並恢復銀與銅之間的聯繼催化。在 500 mA cm⁻² 下，DDT–Ag/Cu電極可達 74.09 ± 1.69% 多碳產物法拉第效率，部分電流密度為 370.5 ± 8.45 mA cm⁻²，並提升乙醇相對乙烯的生成比例。整體而言，本研究透過簡單、可放大的疏水修飾，有效改善氣體傳輸並提升Ag/Cu 聯繼催化表現，為未來發展高效 CO₂ 轉換技術提供新的設計方向。 

Organic Dye-Modified Two-Dimensional Metal–Organic Framework/Carbon Nanotube Composite Films for Photothermoelectric Applications

Cheng-Yuan Lin, Kuan-Chu Wu, Chih-Wei Hsu, Shao-Huan Hong, Chi-Lun Chuang,

Te-Jen Hsu, Jhih-Min Lin, Chung-Wei Kung*, Cheng-Liang Liu*

ACS Nano 2026, 20, 16, 12425–12439

國立臺灣大學 材料科學工程學系 劉振良教授
國立成功大學 化學工程學系 龔仲偉教授

光熱電(Photothermoelectric, PTE)效應可將光能直接轉換為電能，近年來廣泛受到關注，並被視為發展自供電穿戴式電子元件的重要技術之一。其中，奈米碳管因具有優異的導電性、機械柔韌性與光吸收能力，而成為極具潛力的光熱電材料。然而，奈米碳管仍存在高熱導率、易團聚，以及吸光波段相對受限等問題，進而限制其光熱電轉換效率。

 

本研究首次將二維金屬有機骨架(Metal–Organic Frameworks, MOFs)導入光熱電材料系統中。利用後修飾合成策略，將太陽能電池常用之有機染料 N719 配位固定於具有高穩定性與良好分散性的二維鋯基金屬有機骨架金屬節點上，成功製備出染料敏化之二維MOF分子片。隨後，進一步將其作為少量添加劑與奈米碳管形成複合薄膜。研究結果顯示，微量二維MOF的加入可有效提升奈米碳管於溶液中的分散性，同時維持良好的電導特性，不會造成明顯的導電度下降。此外，固定於MOF上的N719染料可顯著提升材料於可見光波段的吸收能力，進一步增強光熱轉換效果。因此，染料敏化二維MOF/奈米碳管複合材料在光照下展現出優異的光熱電性能，其表現明顯優於未修飾染料之複合材料以及純奈米碳管薄膜。本研究不僅提供一種結合MOF與奈米碳管之新穎光熱電材料設計策略，也展現有機染料敏化二維奈米碳管在能源轉換與可穿戴自供電元件上的應用潛力，對於未來高效率、軟性與多功能化光熱電材料之發展具有重要意義。

Highly Improved Sensitivity of FET Sensors Based on a Pulsed Temperature Profile for Lead Ion Detection

Guan-Cheng Zeng, She Yi-Te, Ching-Yao Lan, Yi-Fang Wu, Chia-Kai Lin, Hsuan-Wei Huang, Jung-Chih Chen, Sheng-Chun Hung, Guo-Chun Dong, and Yu-Lin Wang*

Anal. Chem. 2026, 98, 20, 14748–14761 

國立清華大學 奈米工程與微系統研究所/動力機械工程學系/半導體學院

王玉麟教授

本研究針對反應動力學對感測器性能的關鍵影響，開發一套以延伸閘極場效應電晶體為核心的高靈敏度鉛離子感測平台。系統結合對鉛離子具有高度親和力的分子探針，並透過DNA連接探針分子，建構穩定且可監測的功能性分子層。此設計充分利用DNA優異的官能基修飾能力，使其兩端能夠同時與金電極以及探針分子反應，並藉由DNA上的螢光標記，即時監測表面修飾品質與分子密度，提升元件的一致性與可靠性。本研究的核心創新在於提出脈衝溫度曲線策略。根據密度泛函理論模擬結果，分子探針與重金屬離子之間的螯合反應需克服一定的活化能障礙。為突破此動力學限制，系統先施加短時間高溫以促進正向反應，加速離子與探針之結合；隨後迅速降溫至室溫，使已形成的複合物得以穩定並抑制逆向解離反應，進而顯著提升整體訊號強度與反應效率。實驗結果顯示，此感測平台可達到低至1 pM的偵測極限，並在多種金屬離子干擾條件下仍展現優異的選擇性。在實際應用方面，本技術成功應用於河水與葡萄籽萃取液中微量鉛離子的檢測，並透過標準參考物質進行驗證。綜合而言，此感測平台兼具高靈敏度、高選擇性與良好實用性，為環境監測與食品安全檢測提供一種快速且具潛力的解決方案。 

國立嘉義大學 應用化學系 和 高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系

蘇  明  德  教  授 

 

(文章內容版權為蘇明德教授所有，如需引用請聯繫midesu@mail.ncyu.edu.tw)

「鋅」在地殼中含量不多，僅佔0.007%。「鋅」因為本身化性活潑，所以在地球上絕不可能以純元素方式出現。「鋅」主要存在於〝硫化鋅〞（ZnS）礦物（也稱〝閃鋅礦〞，Zinc blende，）中。當今世界〝鋅礦〞的最大生產國是加拿大。「鋅」的商業應用可追溯至15世紀，但是人們取得金屬的「鋅」卻是很晚才開始。一般認為這是由於〝碳〞與〝鋅礦〞（又稱〝氧化鋅〞，ZnO）共熱時，〝氧化鋅〞會被〝碳〞還原的溫度是攝氏904度，而「鋅」的沸點僅僅攝氏907度，還原溫度與沸點太接近了，所以一旦還原出金屬「鋅」，「鋅」便會瞬間成蒸氣狀態，立即揮發散失，因此很難冶煉出純「鋅」。

 

相對其它金屬而言，雖然「鋅」是屬於比較活潑的化學元素，卻不易腐蝕，因為在「鋅」的表面可以迅速形成〝氧化物〞保護層，進而保護內部金屬不被腐蝕，也就是阻止「鋅」的表面進一步與空氣反應。所以「鋅」元素有〝鋼鐵衛兵元素〞或〝皮膚金屬元素〞等美稱。也許有人會問：「鋅」耐化學腐蝕的性能比〝鉻〞（Cr）、〝鎳〞（Ni）都差，為什麼能勝任〝皮膚金屬元素〞的角色呢？其中道理就在於「鋅」的〝自我犧牲〞精神。由於「鋅」的化學性質比〝鐵〞（Fe）活潑，在受到外界空氣或水分侵蝕時，「鋅」首先會被〝氧化〞，因此即使「鋅」殘留一丁點兒，仍能夠有效保護內部的〝鐵〞免受侵蝕。簡單的說，「鋅」比〝鐵〞更容易和〝氧〞或水分起化學作用，所以「鋅」雖然先犧牲了，但卻可保護內部的〝鐵〞。而與此相比，鍍〝鎳〞製品和鍍〝鉻〞製品，由於它們的鍍層不如〝鐵〞活潑，因此只要碰破一點，裏面的〝鐵〞會比〝鎳〞和〝鉻〞更快被腐蝕。由此可見，「鋅」是最佳的〝皮膚金屬元素〞，可以保護內部金屬不被腐蝕。

在一個沒有電力且缺乏乾淨水源的偏遠村落，化學家憑藉一張試紙便能辨識病原，利用一包「魔力粉末」能將汙泥化為淨水。此時，化學成為守護健康的堅實後盾，展現出科學應對全球困境時，最具高度的倫理實踐。這本書不僅是一部化學技術論文集，更是一場關於科學社會責任的行動宣言。書中詳盡紀錄了這群「無國界化學家」跨出學術場域走向田野實踐，與非政府組織緊密合作，開發出低成本的水質監測工具、擺脫冷鏈依賴的疫苗穩定技術，以及應對糧食危機的泥土養分分析法。科學家運用專業知識，為極端環境中的弱勢族群找回尊嚴與生存的可能。透過書中真實的人道實踐案例，你將看見化學如何轉化為對抗貧窮、疾病與資源不均的關鍵力量，在最絕望處，點燃生命的希望。

 

六月鳳凰花開，正是撥穗授位、滿載祝福與希望的畢業季節，恭喜每一位畢業生，憑藉多年來所努力累積的知識與能力，即將展翅高飛迎向更寬廣的世界。面對瞬息萬變的國際局勢與未來挑戰，期盼大家都能培養堅韌而有彈性的適應力，懷抱勇氣與熱情，勇於嘗試並敢於承擔；也願各位始終保有獨特的光芒與初心，勇敢實踐理想，運用所學為社會與環境帶來更多正向影響。祝福所有畢業生鴻鵠展翅、高飛千里，在未來的人生旅途中綻放屬於自己的燦爛光彩，定義自己的精彩人生！ 

 

歡迎大家繼續透過化學圖書電子報獲得化學新知和研究新發現， 也再次和大家宣傳我們【自然科學及永續研究圖書服務計畫-化學領域】的館際合作服務，當大家在研究中遇到無法獲得的期刊文章、或是無法開啟在電子報中〈書訊補給站〉介紹的專書、〈推薦報導〉的新知，〈臺灣研究新發現〉成果發表的期刊，別忘了「化學中心總圖書室」始終支持您的研究工作，可以提供「零距離、免付費」的館際合作服務，線上提出申請，化學領域的電子期刊、電子書，以及紙本文獻通通都有！化學中心總圖書室會於正常上班時間4小時內回覆(週一~五，09:00-17:00)，歡迎多加利用。

 

工作團隊介紹

邱靜雯教授(主編)，施定男(推薦報導中文導讀撰寫)，

翁雅芳(研究成果蒐集、書訊撰寫)，高瑋(編輯時程及內容規劃、各欄位校稿、數據分析)，劉美足(拍攝、帳務核銷、行政業務)，楊家祥(美編)