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單構太陽能驅動雙氧水燃料電池併同有機廢水處理

為了解決3766 PTT的問題，作者劉育芳 這樣論述：

在化石能源枯竭及極端氣候之壓力下，綠色能源的發展成為重要議題。太陽能可產生電力與動力屬再生能源，不僅含無盡能量，亦能降低地理條件的限制，有高度適應性，此種綠色能源具廣泛商業應用潛力。利用仿光合作用之光電催化(photoelectrocatalysis)技術，可將太陽能轉換成化學能與電力，尤其，工業快速發展，導致水污染日趨嚴重，有機廢水大多採生物處理與高級氧化處理程序(AOP)，若能以太陽能驅動還原H2O生成H2O2應用於AOP，則可大幅降低二次污染，以取代傳統蒽醌法生產H2O2，伴隨之工業安全及二次污染的問題。因此，本研究之重點是開發光驅動雙氧水燃料電池，將有機廢水視為化學燃料，透過雙PEC

降解有機物質併同產電，關鍵技術含：(1)合成磷化鎳或磷化鈷參雜異質結構(NiP or CoP on g-C3N4/BiOI composites)光驅動分解H2O生成H2O2；(2)合成平面硫化鉬及銅鉍氧化物(MoS2/CuBi2O4)應用於可見光分解新興汙染物四環素(不適生物處理，易成抗藥性基因傳播與轉移的溫床)；及(3)技術整合，開發單構光驅動燃料電池，應用雙光電極同時氧化有機污染物(四環素)及產電。合成磷化鎳及磷化鈷參雜的異質結構(NiP或CoP on g-C3N4/BiOI composites)能提升約八倍的光驅動分解H2O生成H2O2效率，藉由調控異質結構的能隙及參雜磷化鎳及磷化鈷

以增加電子-電洞對的利用，屬可逆反應，生成及分解動力參數分析結果指出NiP/g-C3N4/BiOI具相對較佳之反應速率。另外，為處理新興有機污染物例如：四環素，合成平面硫化鉬及銅鉍氧化物(MoS2/CuBi2O4)應用於可見光分解四環素，藉超氧自由基及電洞的氧化作用，使四環素分解為其他低碳的羥基醛類衍生物，可在 2 h 內達到 85% 之去除效率。再者，透過技術整合設計之三電極雙氧水燃料電池模組，利用光驅動水分解生產H2O2作為燃料，經由雙光電極產電，可有效產生1300 A光電流，且在 1 h 的可見光驅動下，可去除80%的四環素(10 ppm)，併產出700 A光電流。此新開發之單構光驅

動燃料電池組，具有可攜性及簡易安裝的特性，期能提供一種兼具能源自主之新穎廢水處理方法與設備，以供產業提升技術參考。

開發三硒化二鉍/石墨烯基奈米複合材料作為催化劑、感測器、生物成像探針和抗菌劑

為了解決3766 PTT的問題，作者高維達 這樣論述：

在過去的十年中，Bi2Se3由於其獨特的結構特性已成為各種應用中極具發展潛力的材料。Bi2Se3鍵結由Bi和Se原子之間的五個共價鍵組成，具有菱形晶胞的Se-Bi-Se-Bi-Se排列。Bi2Se3 的獨特結構特徵提供具吸引力的電子和光學特性，因此開拓了在不同領域之中的應用，例如：光電探測、超快激光、癌症治療和熱電材料。Bi2Se3是一種具有較低能帶隙（0.3eV）的半導體，這促使我們進一步探索其在各種應用中的潛能。工程奈米材料對滅菌和有機污染物的降解在生產安全和清潔飲用水中是非常有效的方法，因此非常需要開發可以充當NIR光介導的抗微生物劑以及光催化劑的新奈米材料，用以解決相關問題。本研究中

通過高溫反應（膠體合成）製備新的奈米材料Bi2Se3奈米板(NPs)，然後通過靜電相互作用在表面上用聚乙烯亞胺（PEI）包覆。開發的Bi2Se3 NPs / PEI表現出優異的NIR光活化抗菌性能及光催化性質可應用於殺菌和染料降解的等領域中。結果顯示，透過808 nm之紅外雷射光照射，Bi2Se3 NPs / PEI通過聯合雙模式光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）在10 min照射下分別透過產生熱和活性氧物質，得以根除近99 ％的金黃色葡萄球菌和近97 ％的大腸桿菌，PTT和PDT在殺死兩種細菌中的比例接近4:1。此外，Bi2Se3 NPs / PEI在配備700-1100 nm濾光片的

鹵素燈照射下也可作為優異的光催化劑，鹵素燈分別照射亞甲基藍與羅丹明B溶液3小時及4小時後，對亞甲基藍的降解效率約為95 ％，羅丹明B的降解效率約為93 ％，本研究首次證明Bi2Se3 NPs以NIR光活化抗菌性能、光動力學性質及光催化性能。除此之外，如類石墨烯的無機層狀材料已成為新穎且應用廣泛的奈米材料。由於它們的厚度依賴的物理性質，它們在層狀剝落的二維晶體方面引起了巨大的科學興趣，在各種工業和技術領域有具吸引力的新應用。本研究中開發了一種低維硒化鉍NPs功能化氧化石墨烯改性Pt電極（Bi2Se3 NPs / GO / Pt），抗壞血酸（AA）存在下可同時測定L-多巴胺（LD）和對乙醯氨基酚（

ACT）且具有良好的靈敏度。製備的電極在LD和ACT的電子轉移反應中顯示出快速加速，而在AA共存下沒有任何顯著干擾。在0.1 M磷酸鹽緩衝液中，所開發的生物傳感器在LD和ACT循環伏安法訊號中顯示出比pH 6.0的未改性Pt電極分別增強6倍和5倍。DPV數據顯示在最佳條件下，獲得的陽極峰值電流與LD和ACT濃度在0.006-0.25和0.0045-0.14 mM範圍內呈現良好的線性關係，陽極峰值電位分別為+0.25和+0.52V。 LD和ACT的訊雜比均為3，偵測極限為0.001和0.0005 mM，具有良好的電極內和電極間再現性。製作的傳感器具有製備方便、穩定性佳、對LD和ACT測定靈敏度高

等優點，為證明了修飾電極的適用性，用於同時測定市售藥物和合成尿樣品中的LD和ACT。此外，氧化石墨烯（GO）由於其生物相容性、低毒性、親水性和易於官能化而受到極大關注。近年來氧化石墨烯量子點（GOQDs）用於各種應用中。然而，GOQDs的合成通常需要濃強酸，並且耗時長。在本研究中開發了一種簡單易用的一鍋化微波輔助合成法，以黑碳作為起始物和H2O2作為氧化劑合成GOQDs，這種新方法合成GOQDs需要2分鐘。合成的GOQDs表現出優異的體外和體內生物相容性，並且亦將其應用於生物顯影中。