Toward the controllable and predictable synthesis of high-entropy alloy nanocrystals

Yi-Hong Liu, Chia-Jui Hsieh, Liang-Ching Hsu, Kun-Han Lin, Yueh-Chun Hsiao,

Chong-Chi Chi, Jui-Tai Lin, Chun-Wei Chang, Shang-Cheng Lin, Cheng-Yu Wu,

Jia-Qi Gao, Chih-Wen Pao, Yin-Mei Chang, Ming-Yen Lu, Shan Zhou,

and Tung-Han Yang 

Science Advances 2023, 9, eadf9931.

國立清華大學 化學工程學系 楊東翰助理教授

高熵合金奈米晶體因其多元素組成及新穎的材料性質，在多個領域皆有潛在的應用價值。由於高熵合金奈米晶體的成核成長機制相當複雜，且可能生成的結構眾多，目前研究多以傳統試錯法的方式調整合成參數，使高熵合金合成變得耗時且難以控制。在本研究中，我們發展濕式化學法合成五元鉑族高熵合金奈米晶體，量測各成分元素的金屬前驅物之還原速率，並結合動力學模型模擬滴加合成系統，以預測產物之成分與結構。由動力學分析與實驗結果證實，我們發現滴加合成系統中最終產物的成分分布與結構，取決於各金屬前驅物的量於反應溶液中達到穩態所需的時間長短，這項發現將對於未來進行高熵合金奈米晶體性質的調控，提供一有力的合成準則。再者，藉由控制金屬原子沉積速率與原子擴散速率的比例，可以得到表面具富缺陷之樹突狀結構的高熵合金奈米晶體，應用於電催化產氫與氫氣氧化反應，證實擁有絕佳的催化活性與穩定性。本研究並利用國家同步輻射中心44A1光束線之XAS先進光源分析  (包志文博士、許良境博士) 與理論計算 (清大化工林昆翰助理教授)，成功鑑定均相固溶體之高熵合金奈米晶體，並深入辦別其催化真實活性位點。

Visible-light-induced oxidant/additive-free atom-economic synthesis of multifunctionalized cyclopropanes via energy transfer

Babasaheb Sopan Gore and Jeh-Jeng Wang

Chem. Commun., 2023, 59, 5878–5881

Light-mediated sulfonyl-iodination of ynamides and internal alkynes 

Mohana Reddy Mutra, Jing Li and Jeh-Jeng Wang 

Chem. Commun., 2023, 59, 6584–6587 

高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系 王志鉦教授

綠色化學越來越受化學家的重視，主要是可降低環境汙染，而利用可見光來促進反應是非常友善的方法，因它是一種可再生、乾淨且豐富的能源，可有效減少化學合成對環境造成的不良影響，本實驗室近幾年也將重心轉到可見光促進有機合成領域。本報導首先介紹使用藍光誘導銥催化共軛二烯 (化合物A)，進行分子內連續反應，合成出橋形環丙烷結構(化合物B)。此方法特點是使用較易取得的起始物合成出較複雜的三環化合物、具原子經濟性、選擇性良好、產率高、無需其他添加劑。 ( Chem. Commun., 2023, 59, 5878–5881).

我們也應用藍光照射炔醯胺或炔類(化合物C) 與碘化磺醯進行反應，可合成具高立體和位置選擇性之四取代烯類(化合物D)。本反應優點為反應時間短(10-30 分鐘)，不需光催化劑和過渡金屬催化、易於操作、反應條件溫和且對環境友好，既使有自由基敏感的官能團存在也不受影響，此外，含碘磺醯基產物也能轉換成其他衍生物。( Chem. Commun., 2023, 59, 6584–6587).

A Diboron-Based Thermally Activated Delayed Fluorescent Material for Versatile Applications of Organic Light-Emitting Diodes

Chia-Min Hsieh, Yi-Kuan Chen, Jian Lei, Pang-Yu Chou, Song-Ting Hsieh, Chang-Lun Ko, Wen-Yi Hung, Tien-Lin Wu, and Chien-Hong Cheng

ACS Mater. Lett.  2023, 5, 2339–2347

國立清華大學 化學系 吳典霖助理教授

國立清華大學 化學系  暨  國立中山大學 化學系 鄭建鴻教授

有機發光二極體（OLED）使用熱活化延遲螢光（TADF）材料可以製作高外部量子效率（EQE）的元件，在近年已引起眾人的目光。 但是即便效率有所提高，此種類型的發光元件仍然存在嚴重的效率滾降和使用壽命偏短的問題。 本團隊在此工作中設計及合成了一個雙硼中心的新分子 PhCzDBA，其摻雜型元件表現出 33.8% 的最大 EQE_max ，僅有輕微的效率滾降（EQE_max 在 1000 cd/m² 時為 31.5%，在 3000 cd/m² 時為 28.8%）。 此外，其非摻雜 OLED 的 EQE_max 高達 17.7%，放光波長λ_max > 580 nm，效能超過了大多數橙色非摻雜 OLED。 值得一提的是在已報導的 TADF OLED中表現出優異的穩定性及相對高的元件操作壽命（初始亮度為 3000 cd m^-2 時的 LT₈₀ 為 113 小時） 。 最後，我們通過採用簡單的夾層發光層配置，可以實現EQE_max為16.4%，白光OLED具有良好的顯色指數（CRI）73 。我們透過新雙硼材料分子展現多種的元件應用和實用性 。

Constructing pH-Responsive and Tunable Azo-Phenol-Based o-Nitrobenzyl Photocages

Prof. Dr. Tsung-Shing Andrew Wang, Ya-Wen Zhang, Huai-An Chen, Shiou-Ting Lin,

Dr. Hsien-Ming Lee

Chem.-Eur. J. 29, 40, 2023, e202300884

國立臺灣大學 化學系 王宗興副教授

中央研究院 化學研究所 李賢明副研究員

藉由多重觸發以釋放(multiple triggered-release)被侷限目標分子的策略已被廣泛研究。舉例來說，若將光侷限單元(photocages)與其他觸發條件結合，可以進一步調控光觸發分解反應的選擇性。在本篇工作中，我們設計了一系列對pH值敏感的光侷限單元，只有在細胞中特定的酸鹼環境下並照光才能被釋放。我們透過偶氮耦合反應(azo coupling)，將對pH值敏感的酚基(phenolic groups)與鄰硝基芐基(o-nitrobenzyl, oNB)結合，建構出一系列具有可調控pKa的偶氮酚光觸發侷限基團(azo-phenolic photocages) NPX，其中X為取代基。這些偶氮酚光觸發侷限基團在pH 5.0、7.2、或9.0環境下的光觸發效率具有顯著的差異，展現了其對接近生理條件pH值的敏感度。我們在螢光分子上引入偶氮酚光觸發侷限基團，藉以偵測其在細胞內的光觸發釋放，發現NPdiCl (diCl為鄰二氯取代酚)的光解可以區分出人工調整為pH 5.0和pH 7.2的細胞。最後，我們也驗證了NPdiCl能夠在偏酸的腫瘤細胞中光解，顯示其具有在腫瘤細胞中選擇性光解以釋放被侷限目標分子的潛力。

Long-range hydrogen-bond relay catalyses the excited-state proton transfer reaction

Kai-Hsin Chang, Yu-Chiang Peng, Kuan-Hsuan Su, Yi Xian Lin, Jiun-Chi Liu,

Ying-Hsuan Liu, Chao-Hsien Hsu, Hsiao-Ching Yan and Pi-Tai Chou

Chem. Sci., 2023, 14, 7237-7247

國立臺灣大學 化學系 周必泰教授

輔仁大學 化學系 楊小青教授

這個合作計畫是由國立臺灣大學化學系周必泰老師實驗室設計合成PyrQ及其衍生物PyrQ-al、PyrQ-CN。這些PyrQs 都具有質子授予和接受的兩個基組，但它們互相隔離的非常遠，所以彼此之間沒有 分子內氫鍵的作用。我們藉此研究了它們的光驅動極性溶劑催化質子轉移 (solvent catalyzed proton transfer, SCPT) 光譜動力學。研究結果顯示所有的PyrQs 都會經歷激發態 SCPT，其時間皆在數十至數百皮秒之間 (10^-11~10^-10秒)。深入研究發現其C(3)-取代基的拉電子增強會得到較慢的 SCPT 速率( k_SCPT)。實驗結果需要理論來佐證，經由輔仁大學化學系楊小青老師實驗室分子動力模擬 (molecular dynamics simulations) 與激發態計算 (TD-DFT)證實，PyrQs的長距離SCPT需要3~5個甲醇分子，以串聯氫鍵結構來完成接力型質子轉移反應。 進一步的酸鹼滴定以及N(8) 鹼度測量使我們得出結論，N(8) 質子接受強度是激發態質子轉移速率決定步驟。據此，整個反應動力學機制可以由圖中PyrQs在甲醇中來解釋，其中包含了激發態時的溶劑團簇隨機排列 (bulk random) 產生穩定之溶劑化PyrQs 和接力型氫鍵的溶劑-PyrQs 之間的平衡 (K_eq) 以及其結合的質子穿隧速率( k_pt)，也就是反應速率  k_SCPT = k_pt × K_eq，其中質子穿隧速率 k_pt取決於C(3)-取代基以及所影響的N(8)鹼性大小。這結果讓結構剛性的 PyrQ 及其長程激發態SCPT提供了極具價值的基礎機制研究，未來亦會將這一套基理延伸至蛋白質酵素反應，關注當其反應機制需要數個水分子的水耦合質子移轉反應。

Palladium-Mediated C(sp³)–H Bond Activation of

N-Methyl(pyridin-2-yl)benzamide: Direct Arylation/Alkylation and Mechanistic Investigation

Shih-Yun Chen, Rong Chang, Zhong-Xin Lin, Chien-Wen Lin, Li-Ching Shen,

Andrew C.-H. Sue, Mei-Chun Tseng, Jean-Ho Chu

J. Org. Chem. 2023, 88, 8441–8453

國立臺東大學 應用科學系 朱見和副教授

碳–氫鍵活化暨官能基化（結構轉化）反應是有機合成領域中熱門研究主題，透過此種合成策略化學家能夠有效縮減目標分子的合成反應步驟，同時具有高度原子經濟性，反應位向則可透過導向基團的輔助來控制。目前碳(sp²)–氫鍵的活化反應已被廣泛研究，然而碳(sp³)–氫鍵則相對較少，主要歸因於後者較前者不易被金屬試劑活化所致；再者文獻中對於等當量金屬媒介碳–氫鍵活化生成金屬環化中間體及後續官能基化反應鮮少進行研究探討。因此本篇研究以(吡啶-2-基)苯甲醯胺作為受質與等當量醋酸鈀反應生成鈀環中間體，其透過 X–射線單晶繞射技術解析出結構為 Head-to-Tail 型式為主，但於溶液狀態下則會部分轉換成為 Head-to-Head 型式，兩者比例為 2：1。此發現解釋了過去在鈀環中間體的核磁共振光譜中時常觀測到兩組訊號峰的由來，同時文獻中亦無特別報導；根據此研究與過去經驗，我們認為等當量與催化量反應中所生成關鍵鈀環中間體實際上並不相同，不過皆能夠達成直接碳–氫鍵轉化目的。最後利用硼酸作為偶合試劑與鈀環中間體反應後能夠合成一系列芳香基/烷基取代之(吡啶-2-基)苯甲醯胺衍生物。本研究對於等當量及催化量之碳–氫鍵活化反應機制探討與直接碳(sp³)–氫鍵官能基化之研究具有重要發現及價值。

Achieving Bright Organic Light-Emitting Field-Effect Transistors with Sustained Efficiency through Hybrid Contact Design

Shih-Wei Chiu, An Hsu, Lei Ying, Yong-Kang Liaw, Kun-Ta Lin, Jrjeng Ruan,

Ifor D. W. Samuel, and Ben B. Y. Hsu

ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 25, 30524–30533

國立成功大學 材料科學及工程學系 徐邦昱助理教授

過去，研發人員普遍認為唯有在發光過程中，平衡電子與電洞的數量才能使外部量子效率最大化，然而，此條件僅成立於有限的電流區間，造成大電流、高亮度操作時，因載子失衡而效率下降。在高導電發光電晶體問世超過30年後，此瓶頸仍困擾有機電子學領域。近期，本團隊在此瓶頸取得重要突破。我們通過設計介面電子組態產生能帶彎曲，讓陰極注入的高密度電子累積於彎曲位能井內，藉此高效捕捉電洞。以高亮度操作電晶體時，可維持外部量子效率不墜超過三個數量級電流。這設計超越了平衡電子和電洞的理論限制，為研究者打開全新的可能性。更令人振奮的是，我們建立了跨尺度載子捕捉動力學模型，通過擬合巨觀元件電流與載子遷移率，正確預測微觀載子的庫倫捕捉半徑。模型描述在高與低電子遷移率時，庫倫作用力與位能井分別主導捕捉效率。我們的工作為介面電子注入層引入全新的使用概念，並通過新穎動力學模型為現行有機電子元件提供更全面的分析方法，加速電子注入材料於有機電子學的發展，將繼續深入研究與合作，以擴展現行發光元件與技術應用。

Photocatalytic Water Splitting of Al-Doped

Rh_xCr_2-xO₃/SrTiO₃ Synthesized by Flux Method: Elucidating the Role of Different Molten Salts

Yu-Guan Lee, Yu-Ching Cheng, Yu-Tang Lin, Jeffrey C. S. Wu, Wen-Yueh Yu,

Marjeta Maček Kržmanc, Suraj Gupta, Eugene Kotomin

J. Phys. Chem. C 2023, 127, 9981-9991

國立臺灣大學 化學工程學系 吳紀聖教授

國立臺灣大學 化學工程學系 游文岳副教授

隨著全球暖化成為本世紀最緊迫的問題，需要有替代方案來生產清潔能源。特別是氫能，因其無碳排成為有前途的主要能源。利用豐富的太陽光催化分解水引起了人們的廣泛關注。光催化水分解是將太陽能轉化為綠色氫的一種方法。本研究探討鹽類型助融對 SrTiO₃ 形貌的影響，以及添加 Al₂O₃ 納米粉將 Al 引入 SrTiO₃ 結構，從而降低合成溫度。在熔融鹽中生長的摻鋁SrTiO₃，作為一種有效的光觸媒。本研究系統地研究了熔鹽和Al摻雜的影響，以測試和整合SrTiO₃基礎觸媒改良的組合效果。採用助熔劑法，用三種熔鹽（NaCl、KCl、SrCl₂）在不同退火溫度（900^oC和1000^oC）下，合成了一系列SrTiO₃和Al摻雜SrTiO₃（Al：SrTiO₃）。採用含浸法和光沉積法將助催化劑Rh_xCr_2-xO₃負載在Al摻雜SrTiO₃表面進行比較。在紫外和AM 1.5G模擬太陽光下的純水中，評估全水分解的光催化性能。 Al 摻雜的 Rh_xCr_2-xO₃/SrTiO₃的光催化活性顯著提高。尤其是KCl熔鹽合成的Al摻雜Rh_xCr_2-xO₃/SrTiO₃，在熔鹽和Al摻雜的協同作用下，具有最高的產氫速率。此外，通過原位光沉積而不是含浸負載核殼結構Rh_xCr_2-xO₃，產氫速率進一步提高，在365 nm UV光和人造太陽光AM 1.5G照射下，H₂產率分別達到784 μmol h^-1 g^-1和431 μmol h^-1 g^-1。這項研究為從熔鹽合成SrTiO₃基礎光觸媒，提供有效製備方法和程序，使得光觸媒可用於大規模工業實施和綠色氫能生產的經濟和節能機會。

國立嘉義大學 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)

「一樣米養百樣人」、「一個上帝創造百樣元素」，這激發了我對化學的愛好，也想野人獻曝，來為這一百多個化學元素，每個元素寫一篇介紹文章。我的理念很簡單：「世界上任何一個物質都和化學有關」。從你身體最上面的頭髮，到你身體最下面的腳，包括你日常生活所吃所喝、甚至所需所用的，通通都是「化學」！「化學」每天24小時無時無刻不在你身邊！

 

正因如此，我時時提醒自己：要用最淺顯的語言來講述最深邃的道理。一定要深入淺出的表達出來，讓不懂的人也能輕鬆讀得懂。基於這個信念，我常把寫好的元素介紹文章拿給不同年紀、不同職位的人看，聽聽他們的批評和意見，再來做修改。如果問我有什麼願望的話，我只希望我的小小的努力，能夠引導普羅大眾更加親近化學，不再視化學為恐怖而高不可攀的東西。

《像化學家一樣寫作》是一本化學寫作指南，它提供了針對四種重要化學類型的結構化寫作方法：期刊文章、會議摘要、科學海報和研究計劃，是化學專業的學生、博士後、教師和其他對科學寫作有興趣的專業人士不可或缺的參考資料。讀者經由一系列的練習來學習寫作，難度從訂正單詞和句子到撰寫專業質量的論文、摘要、海報和提案。以「閱讀—分析—寫作」的方法教導學生分析閱讀和寫作的內容，吸引讀者、組織、寫作慣例、語法和科學內容，從而將復雜的寫作過程轉化為漸進的、可完成的任務。內容還摘錄超過350篇ACS期刊文章、會議摘要和一些成功的提案，可作為化學寫作有用的範例。

 

 

9月是新學期的開始，提醒每位進入化學領域學習研讀的新生，「化學安全」永遠是實驗室的第一要務。「工欲善其事，必先利其器」，特別介紹中國化學會集眾人之力所編撰一系列《實驗室化學安全教材》的環安衛影片，請每位同學在進實驗室操作儀器做實驗之前，能先熟知化學實驗室的注意事項與安全規則。
 
同時也跟大家正式介紹我們的ChemNews國科會自然處《化學圖書服務計畫》電子報網站，這是【自然科學及永續研究推展中心-化學組】 與【自然科學及永續研究圖書服務計畫-化學領域】 合作推出的新項目，目的是提供一個網路平台以統整創刊發行至今的電子報，ChemNews網站除了可以讓每位老師投稿在電子報上的研究中文介紹有一個永遠的家之外，也可以讓來訪網站的讀者藉由內建搜尋引擎，更容易找到相關研究主題與研究者。

 

本期的電子報，我們也開設了一個長期的欄位〈蘇P介紹化學元素〉，由國立嘉義大學應用化學系蘇明德教授為我們執筆，非常感謝蘇教授的無私分享，用科普的方式講述這些元素的歷史小故事，也列舉生活中的應用例子，讓讀者可以更容易親近理解這些獨特的化學元素。

 

同時我們歡迎所有的讀者，都可以透過每月的化學圖書電子報，獲得化學新知和研究新發現。也再次向各位介紹，當您無法開啟在〈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。

 

也請各位能花幾分鐘的時間填寫服務滿意度調查問卷，您的批評與指教才能使我們不斷改善服務方向和品質，再次謝謝大家。