學位論文
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Item 釩金屬有機框架應用於可撓性二氧化氮感測器之研製(2023) 黃兆溎; Huang, Jaho-Guei石化燃料的不完全燃燒以及汽機車的排氣是大氣中NO2之主要來源，長期吸入NO2會對人體帶來嚴重且不可逆的為害，故需要開發一種能即時監控NO2濃度的氣體感測器。本研究以釩作為金屬離子，對苯二甲酸(Terephthalic acid, PTA)和均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA)作為有機配體(Organic ligand)，透過改變水熱法之加熱溫度(120 °C與150°C)，分別製備出四種釩金屬有機框架(Metal organic framework, MOF)作為感測材料，分別為V-MOF120(PTA)、V-MOF150(PTA)、V-MOF120(PMA)和V-MOF150(PMA)。將這些材料塗覆在聚醯亞胺(Polymide, PI)薄膜以CO2雷射誘導石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)的指叉電極表面，完成可撓式氣體感測器之開發。將四種感測器在室溫100 ppm的NO2氣體濃度下進行檢測，V-MOF120(PTA)展現794 %的高響應，高於V-MOF150(PTA)的751 %、V-MOF120(PMA)的338 %和V-MOF150(PMA)的424 %。其中，以PTA作為有機配體所製備的感測器，平均響應值為770 %，優於PMA感測器的平均響應值381 %。V-MOF120(PTA)在五次的連續循環下平均響應值為800.8 %，平均響應時間與回復時間則分別為230秒和39.8秒，說明其具有良好的穩定性與重複性，且在1 ppm NO2氣體下仍具有83 %的低LOD響應性能。此外，V-MOF120(PTA)感測器的濕度測試發現，在溼度40-60%的變化時響應值影響不大，而在100 ppm的乙醇、甲醇、和丙酮環境下，響應值則分別僅有–220 %、–200 %和–100%，對比於NO2氣體794 %的響應值，展現其具有不錯的氣體選擇性。最後，對氣體感測機制進行探討，且將本實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所製備的V-MOF120(PTA) 在開發實用的室溫型NO2氣體傳感器展現極佳的應用潛力。Item 以均苯四甲酸合成鈦金屬有機框架應用於二氧化氮感測器之研製(2022) 鄭博文; Cheng, Po-Wen氣體感測器（Gas sensor）是透過感測材料和目標氣體接觸，導致感測材料之電性產生變化，再將電訊號轉化為響應值。在這個物聯網的時代，對於感測器的需求十分龐大，且空氣汙染的問題也日趨嚴重，故氣體感測器的發展也備受矚目。金屬有機框架（Metal organic framework, MOF）是使用金屬離子和有機配體（Organic ligand）所合成之高比表面積材料，其高比表面積和金屬離子的氧化還原能力，十分有利於MOF材料與空氣中的氣體分子進行反應，故非常適合作為氣體感測元件之感測材料。目前氣體感測領域的研究已廣泛使用各種MOF作為氣體感測材料，但沒有文獻使用Ti-MOF進行氣體感測元件的開發，而且目前在Ti-MOF的研究中廣泛使用對苯二甲酸（Terephthalic acid, TPA）進行合成，卻沒有文獻使用均苯三甲酸(Trimesitinic acid, TMA)和均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA)進行Ti-MOF的開發。因此，本研究致力於研發新型態的Ti-MOF材料，利用一步驟水熱法搭配Ti離子與均苯三甲酸和均苯四甲酸有機配體進行Ti-MOF(TMA)與Ti-MOF(PMA)的開發，同時合成文獻常見之Ti-MOF(TPA)一同進行比較。本研究開發的Ti-MOF(PMA)在室溫下對於200 ppm的NO2具有48.5的高響應，高於Ti-MOF(TPA)的13.5和 Ti-MOF(TMA)的1.7，且在50、100和150 ppm濃度的NO2下，分別具有6.4、16.1和35.6的響應值。Ti-MOF(PMA)在五次的連續循環下也具有15.9、15.7、16.1、15.6和15.9的穩定響應，且在100 ppm的丙酮、甲醇、乙醇和氨氣環境下，響應值分別僅有0.33、0.27、0.41與0.26，證明Ti-MOF(PMA)對NO2具有不錯的感測選擇性。最後也對氣體感測機制進行探討，且將本實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的Ti-MOF(PMA)有機會能成為氣體感測器有潛力的感測材料。關鍵詞：氣體感測器、金屬有機框架、均苯四甲酸、水熱法、響應值Item 以均苯四甲酸合成雙金屬鎳-鈷金屬有機框架應用於不對稱超級電容器之研製(2021) 李昱樵; Li, Yu-Chiao超級電容器(Supercapacitors)依其能量儲存機制可分為電雙層電容器(Electrical double-layers capacitors, EDLC)與擬電容器(Pseudocapacitor)兩大類，比起傳統的電容器擁有更優異的比功率、比電容值以及循環壽命，故在電動車與消費性電子產品的應用前景受到注目。金屬有機框架(Metal organic framework, MOF)是利用金屬離子與有機配體(organic ligand)所合成的高比表面積材料，其高比表面積的結構使MOF具有與碳材相同的電雙層電容特性，而金屬離子的氧化還原能力使MOF具有與金屬氧化物相同的擬電容特性，故非常適合用於儲能元件的電極材料。然而，目前儲能領域的研究已廣泛使用Ni、Co金屬離子搭配對苯二甲酸(Terephthalic acid, TPA))、均苯三甲酸(Trimesic acid, TMA))等有機配體進行合成，而目前在儲能領域並沒有文獻使用均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA))進行NiCo-MOF的開發。因此，本研究致力於開發一款新型的NiCo-MOF，利用一步驟水熱法搭配Ni、Co金屬離子與均苯四甲酸有機配體進行NiCo-MOF(PMA)之開發，並同時合成文獻常見之NiCo-MOF(TPA)、NiCo-MOF(TMA)一同進行比較。本研究所開發具有蒲公英結構且擁有超高比表面積的NiCo-MOF(PMA)，其比表面積高達500.7 m2/g，與文獻常見花狀結構的NiCo-MOF(TPA) (6.91 m2/g)與蒲公英狀結構的NiCo-MOF(TMA) (20.66 m2/g)比較下，顯示NiCo-MOF(PMA)擁有更優異的比表面積性能。根據恆電流充放電量測結果顯示，在1 A/g的電流密度下NiCo-MOF(TPA)的比電容值為1000 F/g、NiCo-MOF(TMA)的比電容值為864 F/g、NiCo-MOF(PMA)的比電容值為918.8 F/g，此結果證實NiCo-MOF(PMA)的電化學性能可媲美NiCo-MOF(TPA)及NiCo-MOF(TMA)。當電流密度增加到10 A/g時NiCo-MOF(PMA)仍保有61.1%的倍率性能，且在10 A/g的電流密度下經過10000次充放電循環後仍具有64.3%的電容維持率。本研究也將實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的NiCo-MOF(PMA)有機會能成為超級電容器有潛力的電極材料。最後，為了驗證實際應用能力，使用NiCo-MOF(PMA)作為正極材料、活性碳作為負極材料，開發一款不對稱超級電容器，並成功點亮1顆綠光LED燈與排列有NTNU圖樣的40顆並聯綠光LED燈，證實本研究所開發之不對稱超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。